KR101677204B1 - Mg 스크류 상의 아파타이트 코팅 - Google Patents

Mg 스크류 상의 아파타이트 코팅 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부식 속도가 저하된 마그네슘계 생물분해성 임플란트 및 이러한 임플란트의 제조방법에 관한 것이다. 이 방법은 콜로이드-분산된 아파타이트를 포함하는 분산계를 제공하는 단계 및 아파타이트 분말을 분산계에 제공하는 단계, 처리하고자 하는 임플란트 표면이 분산계에 침지되도록 임플란트를 분산계로 처리하는 단계로서, 여기서 상기 임플란트는 마그네슘계 합금을 포함하는 것인 단계, 제1 전극으로서의 임플란트와 임플란트의 침지된 표면에 플라즈마 전해 산화를 발생시키기 위해 분산계 내에 위치하는 제2 전극 간에 AC 전압차를 인가하여, 침지된 표면을, 적어도 콜로이드-분산된 아파타이트와 아파타이트 분말에 의해 형성된 아파타이트에 의해 적어도 부분적으로 커버된 산화물 피막으로 전환시키는 것인 단계를 포함하여 이루어지는 것인 생물분해성 임플란트의 표면 처리 방법이다. 부식 유도된 수소 가스의 발생량이 감소하며 골유착이 향상된다.

Description

Mg 스크류 상의 아파타이트 코팅{APATITE COATINGS ON MG SCREWS}
본 발명은 대체로 분해속도가 낮은 마그네슘계 생분해성 임플란트 및 이러한 임플란트의 제조방법에 관한 것이다.
마그네슘계 합금은 예컨대 외과수술용 임플란트와 관련하여 몇가지 장점을 갖는 것으로 알려져 있다. 이러한 마그네슘계 임플란트들 중에서도 특히 흥미로운 것은 이들을 이용할 경우 새로운 뼈 또는 조직이 그 위에서 자랄 수 있는 스캐폴딩 구조물 역할과, 자연적인 치유가 일어나는데 충분한 기간 동안 뼈 또는 인대를 함께 지지하는 고정 구조물 역할의 두가지 역할이 모두 수행될 가능성이 있다는 것이다.
마그네슘 및 그의 합금은 생체적합성이 있고, 현재 이용되는 소재들에 비해 뼈에 더 근접한 탄성률을 가지기 때문에 이러한 유형의 응용 분야에서 특히 주목을 받고 있다. 마그네슘과 그의 합금을 임플란트 재료로서 사용하는 또 다른 주요 장점은 예컨대, 외과수술용 임플란트의 조립시, 현장(in situ)에서 생분해되는 능력이 있다는 점이다. 이는 즉 임플란트가 체내에 잔류하지 않음을 의미한다. 따라서 임플란트를 제거하기 위한 추가의 외과수술이 필요치 않다.
그러나, 최근 동물을 이용한 임플란트 연구 결과, 임플란트 시술 후 일정 기간 후, 때때로 오직 부분적으로만 마그네슘계 합금이 뼈와 직접 접촉하는 것으로 나타났다. 섬유 조직층은 새로 자란 뼈를 임플란트로부터 격리시킨다. 이에 더해서, 임플란트 시술 6 내지 12주일 후에, 임플란트 표면 및 이를 둘러싸는 주변 조직에 수소 가스가 형성되고 때로는 심지어 기포 형성이 존재하는 것으로 나타났다. 수소 가스의 발생 또는 배출은 생분해 과정 중에 일어난다. 발생되거나 배출된 수소 가스의 부피는 마그네슘의 분해와 관련이 있다. 이러한 모든 문제점은 주로 또는 기본적으로는 마그네슘 임플란트가 생체내에서 초기에 지나치게 빠른 속도로 분해되기 때문인 것으로 믿어지고 있으나 특정 이론에 구애되는 것은 아니다. 마그네슘계 합금의 분해 속도는 임플란트 시술 직후 초기에 특히 지나치게 빠른 것으로 보인다. 쉽게 재흡수되거나 주변 조직에 의해 흡수될 수 있는 것보다 더 많은 수소가 발생된다. 그 결과 예컨대 피하 기포와 같이, 기포 또는 가스 포켓이 형성되고 및/또는 연조직에서 기포가 발생되어, 주변 조직에 손상을 입히게 된다. 이것은 마그네슘의 주요한 단점이며 이로 인해 마그네슘계 임플란트의 광범위한 응용이 실제로 제약을 받고 있다.
한편으로 이러한 합금을 설계하는데는 시간이 들고 따라서 비용도 소모된다. 다른 한편으로, 이러한 특정 합금은 오직 한가지 특정 분해 속도만을 갖는다. 그러나, 일반적으로 분해 속도는 임플란트의 목적 또는 체내에서의 임플란트 시술 부위에 따라 달라진다. 예를 들어, 뼈가 자연 치유가 가능하기에 충분히 오랫동안 함께 고정 유지되도록 작용하는 임플란트의 분해 속도와 인대를 연골에 고정시키기 위한 스크류 역할을 하는 임플란트의 분해 속도는 서로 다를 수 있다.
따라서, 본 발명의 한가지 목적은 예컨대 증강된 생체적합성과 같은 개선된 특성을 갖는 바람직한 생물분해성 임플란트의 제공 및/또는 개선된 임플란트-조직 접착을 제공하는 데 있다.
생물분해성 임플란트는 미처리 임플란트에 비해 분해 속도가 느려야 한다. 특히, 조직 내의 가스 축적이 적어도 감소되거나 회피되도록, 초기 분해 속도가 저하되어야 한다.
특히 이러한 임플란트의 분해 속도 또는 생물분해성을 제어 또는 조절하는 것이 가능하여야 한다.
좋기로는 이러한 임플란트에 의해 인체 조직 및/또는 뼈의 내부성장(ingrowth)가 증진되는 것이 바람직하다.
이러한 임플란트의 제조는 간편하고 저렴한 개념에 기반하여야 한다.
발명의 개요
놀랍게도 본 명세서에 첨부된 특허청구범위의 각 독립항에 기재된 청구사항에 의하여 전술한 목적이 달성된다.
유리한 구체예 및/또는 바람직한 구체예 또는 하부 상세예는 첨부된 특허청구범위의 각 종속항에 기재되어 있다.
본 발명의 개념은 일반적으로 생물분해성 임플란트 상에 코팅, 특히 특별히 개조된 분산계(dispersed system)를 갖는, 변형된 플라즈마 전해 산화법 (PEO: plasma electrolytic oxidation)에 의하여 형성된 코팅을 적용시키는 것에 기초한다. 이러한 PEO-코팅은 특히 침착되거나(deposited) 또는 구성된(constituted) 아파타이트, 좋기로는 히드록실-아파타이트와 조합하여 사용될 경우 생체적합성을 증강시키고 및/또는 분해 속도를 저하시키거나 분해를 둔화시킨다. 코팅 형성에 의해, 이러한 생물분해성 임플란트의 분해 시간을 유연하게 조절하는 것이 가능하다. 또한 수소 가스의 발생 또는 방출, 특히 수소 가스의 초기 발생이 저감된다. 이러한 코팅은 특히 아파타이트, 좋기로는 히드록실-아파타이트와 조합 사용시 골유착(osseointegration)을 증진시키기도 한다.
따라서, 본 발명은 다음의 단계들, 즉:
- 콜로이드-분산된 아파타이트를 포함하는 분산계를 제공하는 단계 및
- 아파타이트 분말을 상기 분산계에 첨가하거나 또는 분산계에 아파타이트 분말을 제공하는 단계,
- 임플란트, 좋기로는 금속 임플란트를, 임플란트의 처리될 표면이 분산계에 침지되도록 분산계에 적용하는 단계로서, 여기서 좋기로는 상기 임플란트는 마그네슘계 합금을 포함하는 것이거나 마그네슘계 합금인 것인 단계,
- 임플란트의 침지된 표면에 플라즈마 전해 산화를 발생시키기 위해 분산계 내에 위치하는 제2 전극과 제1 전극으로서의 임플란트 간에 AC 전압차를 인가하여, 침지된 표면을, 특히 적어도 부분적으로는 아파타이트 분말 및 좋기로는 콜로이드-분산된 아파타이트에 의해 형성되거나 조성된 아파타이트에 의해 적어도 부분적으로 커버된 산화물 피막, 특히 마그네슘계 합금의 산화물 피막으로 전환시키는 것인 단계
를 포함하여 이루어지는, 금속 임플란트, 좋기로는 생물분해성인 금속 임플란트의 표면 처리 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 다음의 단계들, 즉:
- 콜로이드-분산된 아파타이트를 포함하는 분산계를 제공하는 단계 및
- 아파타이트 분말을 상기 분산계에 첨가하는 단계,
- 임플란트를, 임플란트의 처리될 표면이 분산계에 침지되도록 분산계에 적용하는 단계로서, 여기서 좋기로는 상기 임플란트는 티타늄, 티타늄 합금, 크롬 합금, 코발트 합금 및 스테인레스 스틸로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 재료를 포함하는 것인 단계,
- 임플란트의 침지된 표면에 플라즈마 전해 산화를 발생시키기 위해 분산계 내에 위치하는 제2 전극과 제1 전극으로서의 임플란트 간에 AC 전압차를 인가하여,
침지된 표면을, 적어도 부분적으로는 콜로이드-분산된 아파타이트 및 아파타이트 분말에 의해 적어도 부분적으로 커버된 산화물 피막으로 전환시키는 것인 단계
를 포함하여 이루어지는, 금속 임플란트, 좋기로는 생물분해성인 금속 임플란트의 표면 처리 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 다음의 단계들, 즉:
- 콜로이드-분산된 아파타이트 및/또는 콜로이드 분산된 칼슘 함유 포스페이트 염 및/또는 물유리를 포함하는 분산계를 제공하는 단계
- 아파타이트 분말을 상기 분산계에 첨가하는 단계
- 및/또는 적어도 1종의 칼슘 함유 화합물 및/또는 적어도 1종의 포스페이트 함유 화합물을 분산계에 첨가하는 단계
- 임플란트의 침지된 표면에 플라즈마 전해 산화를 발생시키기 위해 분산계 내에 위치하는 제2 전극과 제1 전극으로서의 임플란트 간에 AC 전압차를 인가하여, 침지된 표면을, 적어도 부분적으로는 콜로이드-분산된 아파타이트 및 아파타이트 분말에 의해 적어도 부분적으로 커버된 산화물 피막으로 전환시키는 것인 단계
를 포함하여 이루어지는 금속성 마그네슘계 임플란트의 표면 처리 방법을 제공한다.
생물분해성 금속 임플란트의 표면을 처리하기 위한 전술한 방법은 생물분해성 금속 임플란트의 생물분해성을 조절 또는 제어하는 방법 또는 생물분해성 금속 임플란트의 분해 내성을 증진 또는 제어하는 방법으로 부를 수도 있다.
본 발명은 또한 금속, 좋기로는 생물분해성 마그네슘계 합금을 포함하며, 처리된 표면을 갖는 임플란트를 제공하며, 여기서
- 상기 처리된 표면은 콜로이드-분산된 아파타이트 및 아파타이트 분말을 포함하는 분산계를 이용하여 플라즈마 전해산화에 의해 산화 피막으로 적어도 부분적으로 전환된 것이고, 여기서
- 전환된 표면은 특히 적어도, 아파타이트 분말 및 좋기로는 콜로이드-분산된 아파타이트로부터 유래하는 아파타이트에 의해 부분적으로 커버된 것인
임플란트를 제공한다.
콜로이드-분산된 아파타이트 및 아파타이트 분말의 성분들은 임플란트의 전환된 표면 상에 침착되고 및/또는 임플란트의 전환된 표면을 커버하는 아파타이트를 적어도 부분적으로 형성한다. 임플란트의 전환된 표면은 아파타이트 커버링에 의해 완전히 커버될 수도 있다. 임플란트의 소망되는 특성에 따라, 아파타이트 커버링은 섬과 같은 구조 및/또는 산호와 같은 구조 및/또는 클러스터 및/또는 연속적이거나 또는 기본적으로 연속적인 층 또는 코팅을 임플란트의 전환된 표면 위에 형성할 수 있다. 본 발명에 따른 임플란트는 분해 또는 분해 속도가 적합화되거나 제어되거나 또는 제어될 수 있다는 특징을 갖는다.
플라즈마 전해산화(PEO) 공정에 의해 다공성 산화 피막 또는 산화층이 성장한다. PEO 공정에 의해, 금속 기판이 제1 전극으로서, 좋기로는 양극으로서, "전해전지(electrolytic cell)" 내에 제공된다. 그 표면은 인가된 전기장 하에서, 대응하는 금속 산화물로 전환된다. 산화 피막은 분산계 및 기판으로서 임플란트 양쪽 모두로부터 율된 성분들 및 다공도가 높은 표면을 갖는 결정상(crystalline phases)으로 이루어진다. 금속 산화물-아파타이트-나노복합재(nanocomposite)-코팅이 현장 침착(in situ deposition)에 의해 합성된다. 아파타이트들 또는 아파타이트는 임플란트 표면이 산화될 때 임플란트 표면에 인가되거나 침착되고 및/또는 그 표면 상에 조성된다. 본 발명에 따라, 임플란트의 종류와 형상을 불문하고 그 위에 코팅을 형성하는 것이 가능하다.
콜로이드-분산계는 또한 분산액(dispersion)이라고도 칭할 수 있다. 이것은 분산된 입자들을 함유하는 액체로서, 보다 상세히 설명하면 콜로이드-분산된 아파타이트 및 아파타이트 분말을 각각의 성분으로서 함유하는 것이다.
콜로이드-분산 아파타이트는 그 크기가 nm-수준이므로, 이러한 정도의 크기를 측정하기란 상당히 까다로운 일이다. 그러나, 일반적으로, 콜로이드-분산된 아파타이트는 적어도 부분적으로는 평균 크기가 약 100 nm 이하인 것으로 예상된다. 콜로이드-분산된 아파타이트는 일반적으로 길쭉한 형상을 갖는다 (예컨대 도 1e 참조). 일 구체예에서 평균 길이는 최대 100 nm이다. 크기는 STEM (주사 투과 전자 현미경)에 기초하여 측정한다. 콜로이드-분산된 아파타이트의 크기 또는 크기 분포는 기본적으로 입자의 응집에 따라 달라진다는 것도 중요한 사항이다. 따라서, 응집되지 않은 상태로 콜로이드-분산된 아파타이트를 얻기 위해서는, 가능한 응집된 입자들을 분리시키거나 또는 응집을 "파괴"하여야 한다. 따라서, 이러한 분리 공정 또는 탈응집을 크기 측정에 앞서서, 예컨대 초음파 장치를 이용하여 수행하여야 한다.
콜로이드-분산된 아파타이트와 아파타이트 분말의 조합은 전환된 임플란트 표면에 아파타이트 커버링을 형성하거나 아파타이트 클러스터를 형성하는데 있어서 필수적이다. 특정 이론에 구애되는 것은 아니나, 이와 관련하여 다음의 가설을 세워보았다:
콜로이드-분산된 아파타이트는 특히 아파타이트 분말의 평균 크기와 관련하여, 소형 아파타이트 입자를 나타낸다. 콜로이드-분산된 아파타이트 또는 그의 성분들은 아파타이트 커버링을 형성하기에는 지나치게 작은 것으로 보인다. 콜로이드-분산된 아파타이트 입자는 PEO의 고의로 발생된 플라즈마 방전에 의해 파괴된다.
분말은 일반적으로 그 크기 분포가 다양하므로 아파타이트 분말 역시 커다란 아파타이트 입자를 함유할 수 있다. 아파타이트 분말의 크기 분포는 그의 제조방법에 따라 달라지고 및/또는 조정될 수 있다 (후술하는 바와 같음). 가능한 아파타이트 분말 분포는 평균 크기가 10 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위이다. 크기 측정은 LPS-분석(레이저 입자 분광광도계)에 기초한다. 이에 따라, 전환된 임플란트 표면의 산화 피막 상에 아파타이트 커버링이 형성될 수 있다. 그러나, 놀랍게도 실험 결과 분산계에 아파타이트 분말만을 적용할 경우 아파타이트 커버링이 명백히 감소되거나 심지어 아파타이트 커버링이 전혀 형성되지 않는 것으로 나타났다. 이는 크기가 큰 입자만으로는 전환된 임플란트 표면의 산화 피막에 들러붙거나 침착하는 것이 불가능한 때문인 것으로 믿어진다.
콜로이드-분산된 아파타이트는 크기가 큰 아파타이트 분말 입자의 침착 및/또는 결합 및/또는 전환된 표면의 산화 피막 상의 아파타이트 코팅의 구축을 촉진하는 일종의 희생적 아파타이트(sacrificial apatite) 또는 결합제로서 작용하는 것으로 보인다. 건조 공정 및/또는 분쇄 공정이 적절히 조절된다 해도 아파타이트 분말은 단독으로는 크기가 작은 아파타이트 입자를 충분량 함유하는 것으로 보이지 않는다. 또 다른 대체적인 및/또는 보충적인 가설 상, 아파타이트 분말의 입자들은 적절한 상태가 아닌 것일 수도 있다.
콜로이드-분산된 아파타이트와 아파타이트 분말의 조합은 특히 이들 각각이 전술한 가능한 크기 분포를 갖는 경우, 서로 조합되어 상당히 균일하고 및/또는 연속적인 아파타이트 또는 비균일한 아파타이트 분포 및/또는 아파타이트 커버링 또는 층을 형성할 수 있다.
콜로이드-분산된 아파타이트는 분산된 상태로 제공된다. 바람직한 일 구체예에서 콜로이드-분산된 아파타이트는 침전 공정 수단에 의해 제공되거나 제조된다. 콜로이드-분산된 아파타이트는 특히 제작 후 직접 또는 간접적으로 원료로서 공급된다. 콜로이드-분산된 아파타이트의 제조와 관련하여서는 EP 0 938 449 B1을 참조할 수 있다. 이 특허 출원의 내용은 본 발명에 그 내용 전체가 참조되어 있다.
콜로이드-분산된 아파타이트의 제조에 관하여 간략히 설명한다: 아파타이트 및/또는 아파타이트 분자를 형성하는 구성성분들은 용액 또는 현탁액에 용해되거나 분산된 상태로 제공된다. 침전에 의해, 그리고 특히 시간-의존적인 응집에 의해, 콜로이드-분산된 아파타이트가 형성되거나 조성된다. 일반적으로, 이러한 침전된, 그리고 좋기로는 응집된 콜로이드-분산된 아파타이트는 결정성이거나 나노-결정성 입자이다. 추가적인 제조 상세에 관하여는 전술한 특허출원 문헌을 참조하면 된다.
상기 침전된 및/또는 침전 및 응집된 콜로이드-분산된 아파타이트가 전술한 원료가 된다. 콜로이드-분산된 아파타이트의 용액 또는 분산액을 본 발명에 직접 사용할 수도 있다. 콜로이드-분산된 아파타이트의 분산액은 필요한 농도로 희석시킬 수도 있다. 일반적으로, 필요한 콜로이드-분산된 아파타이트의 농도는 분산계에 따라 적절히 설정한다.
또한 아파타이트 분말의 각 성분들은 분산계에 분산되며 용해되지 않는다. 아파타이트 분말은 분쇄 상태로 분산계에 첨가되거나 또 다른 분산계의 일부일 수 있다. 분말은 전술한 제조된 원료를 건조시킴으로써 생산된다. 분산액을 건조시킴으로써 침전된 그리고 좋기로는 응집된 콜로이드-분산된 아파타이트, 아파타이트 고체 물질 또는 어떤 종류의 아파타이트 고체 물질이 조성되거나 형성된다. 아파타이트 분말은 침전된 및/또는 침전 및 응집된 콜로이드 분산된 아파타이트만을 건조, 좋기로는 분무-건조시킴으로써 제공될 수 있다. 이는 예컨대 분무-건조에 의해 이미 분쇄되거나 분말상이 결과되기 때문이다. 따라서, 이 변형예에서 본 발명에 따른 아파타이트 분말은 건조한 물질에 의해서만 제공된다.
또 다른 구체예 및 건조 과정에 따라, 임의 또는 강제적인 후속 밀링 공정 및/또는 분쇄 공정에 의해 본 발명에 따른 아파타이트 분말이 만들어진다. 분말 입자의 크기 분포는 사용된 밀링 및/또는 분쇄 공정에 의해 조정될 수 있다. 좋기로는 분말 입자 크기 분포는 전술한 분말 입도 분포가 되도록 만들어지는 것이 바람직하다. 따라서, 이 구체예에서 아파타이트 분말은 건조 및 밀링된 및/또는 분쇄된 재료에 의해 제공된다.
전환된 표면 상에 아파타이트 커버링이 침착 및/또는 형성되기 위해서는 콜로이드-분산된 아파타이트가 대량으로 또는 고농도로 필요할 것으로 보인다. 좋기로는 콜로이드-분산된 아파타이트는 아파타이트 분말보다 높은 농도로 분산계 내에 제공되는 것이 바람직하다. 좋기로는 콜로이드-분산된 아파타이트는 분산계 내에 0.01 mg/l 내지 300 g/l, 좋기로는 10 mg/l 내지 200 g/l, 가장 좋기로는 0.1 g/l 내지 100 g/l의 농도로 제공되는 것이 바람직하다. 특히 아파타이트 분말은 분산계에 0.01 mg/l 내지 200 g/l, 좋기로는 10 mg/l 내지 100 g/l, 가장 좋기로는 0.1 g/l 내지 50 g/l의 농도로 제공된다.
콜로이드-분산된 아파타이트 및/또는 아파타이트 분말은 히드록실-아파타이트, 플라우어(flour)-아파타이트 및 카보네이트-아파타이트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 아파타이트이다. 히드록실-아파타이트(HA)가 아파타이트의 바람직한 구체예이다. HA는 골전도를 향상시킨다. 이것은 인체 또는 동물의 체내에 삽입된 임플란트의 강력한 고정을 향상시킨다. 아파타이트, 특히 HA는 분해를 둔화시키거나 억제시키기도 한다. 또한, 아파타이트, 특히 HA는 임플란트의 생체적합성을 증가시킨다. 그 뿐만 아니라, 아파타이트, 특히 HA를 적용하면 임플란트와 골모세포 간의 직접적인 세포 접촉이 일어난다.
순수한 HA의 표기는 다음과 같다: Ca10(PO4)6(OH)2. HA는 치환된 HA, 특히 복수-치환된 HA일 수 있다. 치환의 예로는 다음을 들 수 있다:
- 아파타이트의 Ca2 +-자리가 적어도 부분적으로 다른 구성성분에 의해 치환될 수 있다. Ca2 +-구성성분의 가능한 (치환)예는 Sr2 +, Cd2 +, Mg2 +, Ba2 +, Pb2 +, Cu2 +, Zn2 +, Na+, K+ 및/또는 Eu3 +이다
- 아파타이트의 OH--자리는 적어도 부분적으로 다른 구성성분에 의해 치환될 수 있다. OH--구성성분의 가능한 (치환)예는 F-, Cl-, Br-, I-, S2 -, O2 - 및/또는 CO3 2 -이며 및/또는
- 아파타이트의 PO4 3 --자리는 적어도 부분적으로 다른 구성성분에 의해 치환될 수 있다. 가능한 PO4 3 --구성성분의 (치환)예는 SiO4 3 -, AsO4 3 -, SO4 3 -, MnO4 3 -, VO4 3 -, CrO4 3-, CO3 2 - 및/또는 HPO4 2 -이다.
예를 들어, HA-Si-화합물은 적어도 하나의 PO4 3 - 기가 SiO4 3 - 기에 의해 치환되어 있는 소위 Si-치환된 히드록실-아파타이트이다. 이러한 HA-Si-화합물은 생체적합성이 증가된 것을 특징으로 한다.
분산계는 어떠한 종류의 액체에 기초해도 무방하다. 일 구체예에서 분산계는 수계 분산액으로서 제공된다. 좋기로는 분산액은 순수한 물 또는 이온교환수를 의미한다. 사용된 물의 pH 값은 7.4 이하이다. 일 구체예는 관류용 멸균수이다.
사용된 콜로이드-분산된 아파타이트도, 아파타이트 분말도 용해되지도 않고 전도성 입자를 포함하지도 않으므로, 분산계에 전도 수단을 제공할 필요가 있거나 필요할 수 있다. 분산계 내에 전도성을 제공하기 위한 몇가지 가능한 예는 분산된 금속 나노 입자 및/또는 용해된 전해질이다. 전도 수단은 또한 안정한 분산계를 제공하는데 요구되는 유화제에 의해 제공될 수도 있다. 예컨대 침지된 임플란트의 용해된 재료 역시 분산계의 전도성에 기여할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구체예에서 적어도 1종의 첨가제가 분산계로 첨가되거나 분산계 내에 제공된다. 첨가제는 그의 특성에 따라 분산계에 첨가되거나 분산계 내에 분산된다. 따라서, 첨가제는 전해질로서 제공되거나 또는 분산 입자로서 제공될 수 있다.
일 구체예에서, 첨가된 분산 입자들은 나노 입자로서 제공된다. 상기 나노 입자들은 일반적으로 평균 직경이 100 nm 이하, 좋기로는 50 nm 이하, 가장 좋기로는 30 nm 이하이다. 좋기로는, 이들 나노 입자, 특히 금속 나노 입자들은 100 mg/l 이하의 농도로 제공되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 구체예에서 첨가제는 분산계 내의 전도성에 기여한다. 일반적으로, 첨가제는 신체에 해를 입히지 않도록 선택되지만 분해를 둔화시키고 및/또는 수소 가스 방출 및/또는 축적을 회피시키는데 도움을 주기도 한다.
분산계용으로 가능한 한가지 첨가제는 분산계에 첨가되거나 분산계 내에 제공되는 물유리이다. 물유리의 가능한 예는 나트륨 물유리(Na2SiO3) 및/또는 칼륨 물유리이다. 물유리는 분해를 감소시키고 뼈의 무기질화에 효과적이다. 뿐만 아니라, 물유리는 첨가제 및/또는 콜로이드-분산된 아파타이트 및/또는 아파타이트 분말의 금속 표면에 대한 부착을 증진 또는 촉진한다. 또한, 물유리는 서로 다른 미네랄, 첨가된 전해질 및/또는 콜로이드-분산된 아파타이트 및/또는 아파타이트 분말 간의 접착력을 증진시킨다. 물유리는 액체 내에 제공되거나 또는 액체로서 제공될 수 있으므로 용해된 상태로 제공될 수 있다. 물유리는 분말로 제공되거나 또는 고체 상태로 제공될 수도 있다. 특히 물유리는 0.01 g/l 내지 400 g/l, 좋기로는 0.01 g/l 내지 200 g/l 및 가장 좋기로는 0.01 g/l 내지 50 g/l의 농도로 분산계 내에 제공된다. 가장 바람직한 범위는 0.01 g/l 내지 15.0 g/l이다.
별법 또는 보충안으로서 적어도 1종의 칼슘 함유 화합물 및/또는 적어도 1종의 포스페이트 함유 화합물을 분산계에 첨가하거나 분산계 내에 제공한다. 이 화합물들은 전환된 임플란트 표면 상에 아파타이트가 형성되는 것을 촉진하고 및/또는 전환된 임플란트 표면에 대한 아파타이트의 접착을 촉진한다.
또 다른 별법 또는 보충안으로서 적어도 1종의 금속 및/또는 적어도 1종의 금속 산화물 및/또는 적어도 1종의 금속 수산화물 및/또는 적어도 1종의 금속 포스페이트 함유 화합물을 분산계 내에 제공한다. 이 화합물들 및/또는 화합물들의 구성성분들은 전환된 표면 내에 박혀있거나(embedded) 박혀있을 수 있고 및/또는 전환된 표면 상에 침착될 수 있으며 및/또는 아파타이트의 구성 요소가 될 수도 있다.
금속, 금속 산화물의 금속, 금속 수산화물의 금속 및/또는 금속 포스페이트의 금속을 함유하는 화합물은 임플란트 재료의 적어도 1종의 성분 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 아연, 구리, 은, 지르코늄, 알루미늄, 규소 및 임플란트 재료의 적어도 1종의 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속이다.
임플란트의 재료의 적어도 1종의 성분과 관련하여: 만일 임플란트 금속이 마그네슘을 포함하는 경우 첨가제는 마그네슘에 의해 제공된다. 금속 첨가제는 기판 재료(임플란트를 나타낸다)로 어댑트된다. 오염이 회피될 수 있다.
칼슘 및 칼슘 포스페이트 화합물은 분해를 지연 또는 억제시키고, 생체적합성을 증가시키며 아파타이트 커버링의 형성에 기여하는 것으로 예상된다. 전형적인 예는 칼슘 디히드로겐포스페이트, 디칼슘 포스페이트, 무정형 칼슘 포스페이트 및/또는 β-TCP (트리-칼슘-포스페이트)이다.
몇몇 선택된 첨가제들, 특히 금속 산화물들 또는 일반적인 산화물들은, 일종의 스캐빈저(scavenger)인 것으로 여겨진다. 이들은 마그네슘 임플란트의 분해로부터 일어나는 배출되거나 또는 발생된 수소 가스를 포집하는데 적합하다. 따라서, 조직 내에서 기포가 형성되는 것이 적어도 감소되거나 회피될 수 있다. 수소 가스 발생의 감소는 어떠한 양의 수소 가스가 주변 조직에 의해 재흡수 또는 흡수되는 것이다. 예를 들어 칼슘은 아파타이트 형성 또는 결합을 위한 칼슘 소스이다. 은, 아연 및/또는 구리는 항균 효과를 나타낸다.
좋기로는 첨가된 금속 산화물 및/또는 첨가된 금속 수산화물 및/또는 첨가된 금속 포스페이트 함유 화합물은 분산계에 20 g/l 이하의 농도, 그러나 0 g/l보다는 높은 농도로 제공된다. 전술한 첨가제는 어디까지나 예시적인 것들이며 이러한 예시에 특별한 제한은 없음을 다시 강조한다. 전술한 농도는 PEO 코팅에 사용될 수 있는 분산계 중의 농도에 대한 것이다.
또 다른 구체예에서 가스가 분산계에 제공된다. 가스는 예컨대 일종의 버블링에 의해 제공된다. 특히 가스는 PEO에 영향을 미치거나 및/또는 PEO에 참여하기 위하여 제공된다. 가스는 N2, Ar, Kr 및 Xe로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 가스를 포함한다. 언급된 희가스(noble gas)는 특히 전환된 층의 개선된 밀집화를 달성하는데 적합하다.
전환된 임플란트 표면은 산화물 층으로 균일하게 커버된다. 좋기로는 전환된 표면이 산화물 층으로 연속적으로 커버되는 것이 바람직하다. 산화물 층의 두께는 임플란트의 용도에 따라 조정한다. 일반적으로 산화물 피막은 두께가 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛, 좋기로는 1 ㎛ 내지 100 ㎛인 것이 바람직하다. 일 구체예에 따른 PEO 전환된 표면은 "단순(simple)" 양극 산화 공정과 비교할 때 개선된 조도를 갖는다는 특징이 있다. 이러한 표면 구조는 커다란 비표면적의 임플란트 표면을 야기한다. 예컨대 조직의 내부 성장 및 임플란트의 체내에서의 강력한 고정에는 표면이 거친 것이 특히 유리하다.
앞서 전술한 바와 같이 콜로이드-분산된 아파타이트 및/또는 아파타이트 분말은 임플란트 표면 산화시 임플란트 표면에 적용된다. 소분획의 아파타이트 또는 그의 구성성분 역시 산화물 층 내에 박혀있을 수 있다. 아파타이트의 메인 분획은 산화물 층의 표면 상에 침착되어 연속층 또는 비연속층을 형성한다.
산화물 층과 침착된 또는 접착된 아파타이트 입자 층의 사이에는 첨예한 인터페이스는 존재하지 않는다. 전환된 임플란트 표면 중의 아파타이트 입자 농도는 깊이가 깊어짐에 따라 감소하는 것이, 좋기로는 연속적으로 감소하여야 한다.
아파타이트 커버링은 전환된 표면 상에서 산호와 같은 구조를 형성한다. 임플란트의 용례에 따라 아파타이트 커버링을 전환된 임플란트 표면 상에 부분적인 커버링으로서 또는 전환된 임플란트 표면 상에 완전한 커버링으로서 제공할 수 있다. 아파타이트 커버링의 평균 두께는 1 nm 내지 1000 nm이다. 아파타이트 커버링은 PEO 공정에서 마이크로-아크 수단에 의해 아파타이트 분말 성분 및 좋기로는 또한 콜로이드-분산된 아파타이트를 예컨대 임플란트 시술 및/또는 침착 및/또는 응집 및/또는 조성시킴으로써 제공된다.
일 구체예에서 아파타이트 커버링은 전환된 표면 상에서 섬 모양의 구조물을 형성하는데 여기서 섬들은 평균 크기가 3000 nm 미만이다. 섬들은 산화물 층에 의해 둘러싸여 있다. 몇몇 섬들은 서로 연결되어 있기도 하다. 섬 모양의 구조는 산화물 피막 상의 비연속적인 층 또는 피막을 나타낸다. 따라서, 구성성분 Mg, MgO 및 아파타이트의 구성성분들은 표면 상에 각각 검출가능하게 직접적으로 "육안관찰가능(visible)"하다.
아파타이트의 커버링 양을 제어함으로써 그의 "효과"를 조정하거나 제어할 수 있다. 예컨대 전환된 표면의 산화물 피막의 유리(free) 되거나 육안관찰가능한(visible) 면적을 조절할 수 있다. 따라서 분해 속도 (임플란트의 생물분해성에 상응함)와 골전도 두가지 모두 조절가능하다.
분해 속도의 한가지 변수는 수소 가스 발생 방출량 또는 발생량이다. 본 발명에 따른 임플란트, 좋기로는 W4 마그네슘 합금에 기초한 임플란트는 수소 발생 속도가 1 ml/cm-2일-1(1 ml/cm-2day-1)이라는 특징을 갖는다. 수소 가스 발생은 분해 과정의 일부일 뿐임을 이해하여야 한다.
분해 속도는 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)에 의해 측정한다. 예컨대, W4-합금으로 구성된 코팅된 임플란트의 한가지 유형은 부식 속도 관점에서 분해 속도가 100 mpy (mils per year) 이하, 좋기로는 60 mpy 이하, 가장 좋기로는 20 mpy 이하임을 특징으로 한다. 수록된 분해 속도는 초기 분해 속도이다.
AC 전압 또는 교류 전압을 제1 전극 및/또는 제2 전극에 인가한다. AC 전압은 0.01 Hz 내지 1200 Hz의 주파수로 제공된다.
바람직한 구체예에서 AC 전압은 비대칭 AC 전압으로서 제공된다. 비대칭 AC 전압차 또는 비대칭 AC 전압은 불평형(unbalanced) AC 전압이다. 이것은 네가티브 및 포지티브 컴포넌트에 이르는 여러가지 앰플리튜드를 갖는 교류 전압이다. 펄스된 DC 전압 역시도 AC 전압으로서 해석될 수 있음을 이해하여야 한다. 네가티브 컴포넌트는 -1200 V 내지 -0.1 V 범위의 앰플리튜드로 제공된다. 좋기로는, 네가티브 컴포넌트는 -1200 V 내지 -0.1 V의 앰플리튜드 범위로 제공된다. 좋기로는, 네가티브 컴포넌트는 -350 V 내지 -0.1 V의 앰플리튜드 범위로 제공된다. 일 구체예에서, 네가티브 컴포넌트는 -180 V 미만 또는 -350 V 내지 -180 V의 범위로 제공된다. 포지티브 컴포넌트는 0.1 V 내지 4800 V의 앰플리튜드 범위로 제공된다. 좋기로는, 포지티브 컴포넌트는 0.1 V 내지 1400 V의 앰플리튜드 범위로 제공되는 것이 바람직하다. 일 구체예에서, 포지티브 컴포넌트는 +250 V 이상 또는 + 250 V 내지 1400 V의 앰플리튜드로 제공된다. 특히 포지티브 앰플리튜드를 네가티브 앰플리튜드로 나눈 몫은 조정할 필요가 있다. 이러한 몫의 절대값은 1 내지 4의 범위보다 크다.
또 다른 구체예에서 AC 전압은 대칭 AC 전압으로서 제공된다. AC 전압의 네가티브 컴포넌트는 -2400 V 내지 -0.1 V의 앰플리튜드 범위로 제공된다. 좋기로는, 네가티브 컴포넌트는 -1200 V 내지 -0.1 V의 앰플리튜드 범위로 제공된다. AC 전압의 포지티브 컴포넌트는 +0.1 V 내지 +2400 V의 앰플리튜드 범위로 제공된다. 좋기로는 포지티브 컴포넌트는 +0.1 V 내지 1200 V의 앰플리튜드 범위로 제공된다.
비대칭 AC 전압과 대칭 AC 전압을 양자 조합하는 것 역시 가능하다. 이러한 전압 분포는 하나의 코팅을 제조하기 위한 예컨대 스텝-바이-스텝 공정 또는 멀티-스텝 공정에 적합하다. 제1 단계에서 비대칭 전압 또는 대칭 전압을 인가하여 코팅을 형성한다. 이어지는 또는 제2 단계에서, 특히 간섭 후에, 대칭 전압 또는 비대칭 전압을 각각 인가함으로써 코팅이 계속 형성된다.
PEO를 수행하는데 충분한 강도로 전압 차이가 제공된다. 플라즈마 전해 조건 하에서 전기 전위차가 수립된다. 이 전압은 임플란트 표면에서 성장하는 산화물 피막의 분해(breakdown) 전압을 상회한다. 좋기로는 최대 AC 전압 차이는 0.1 V 내지 4800 V의 범위로 제공된다. 가장 좋기로는, 최대 AC 전압 차이는 100 V 내지 1400 V의 범위인 것이 바람직하다. 분산계의 전도성에 따라, 인가된 전압 차이는 0.00001 내지 500 A/dm2, 좋기로는 0.00001 내지 100 A/dm2의 전류 밀도를 결과시킨다. 좋기로는, 인가된 전압 또는 전압 분포는 기본적으로 일정하거나 불변하고 전류 밀도는 PEO 공정 동안 조정되는 것이 바람직하다.
0.01 ㎛/s 내지 1 ㎛/s 범위의 침착 속도가 얻어진다. 따라서, 산화물 층 및/또는 아파타이트 섬의 바람직한 두께가 관련하여, 1 s 내지 1500 s 범위의 침착 시간, 좋기로는 1 s 내지 500 s, 가장 좋기로는 20 s 내지 350 s의 침착 시간이 달성될 수 있다.
안정적인 분산을 가능케 하기 위하여, 콜로이드-분산계의 온도를 -20℃ 내지 +150℃, 좋기로는 -20℃ 내지 +100℃, 가장 좋기로는 0℃ 내지 75℃의 범위로 한다. 콜로이드-분산계를 0 내지 5000 리터/분, 좋기로는 0.01 내지 500 리터/분의 순환 속도로 순환시킨다. 이것은 예컨대 믹서 또는 혼합 수단 또는 교반 수단에 의해 달성가능하다. 임의적인 보충 성분으로서, 유화물질 또는 유화제를, 특히 분산된 입자의 응집을 회피 또는 저감시킬 목적으로 분산계에 제공한다. 콜로이드-분산계의 전형적인 부피는 0.001 리터 내지 500 리터, 좋기로는 0.1 리터 내지 500 리터, 가장 좋기로는 3 내지 20 리터 범위이다. 이러한 부피는 분산계의 전기장 분포를 개선시키는데 도움을 준다.
바람직한 구체예에서, 임플란트를 분산계로 1 내지 10,000회, 좋기로는 1 내지 1000회 반복적으로 처리한다.
일반적으로, 임플란트를 분산계로 처리할 때 분산계의 성분들에 따라 달라진다.
또한, 분산계의 성분들은 임플란트를 분산계로 처리할 때 달라지거나 달라질 수 있다.
본 발명에 따른 임플란트는 외상학, 정형외과학, 척추수술 및/또는 악안면 수술 분야에 사용될 수 있다. 좋기로는 외과수술에 의해 임플란트를 적어도 부분적으로 인체 및/또는 동물 체내에 삽입하거나 위치시킨다. 임플란트의 종류는 어느 것이든 무방하며, 좋기로는 추가적인 외과수술로 제거되지 않는, 외과용 임플란트인 것이 바람직하다. 임플란트는 좋기로는 골 대체물로서도 작용할 수 있다.
본 발명에 따른 이러한 임플란트의 예시적인 구체예로는 플레이트, 스크류, 네일, 핀 및/또는 적어도 부분적인 내부 고정용 시스템, 링, 와이어, 클램프, 블록, 실린더 및/또는 앵커 아이템이다. 이러한 용례는 어디까지나 예시적인 것일 뿐 이들 나열된 것들로 한정되지 않음을 이해하여야 한다.
임플란트는 금속으로 이루어지거나 금속을 포함한다. 제1 구체예에 따라 임플란트는 금속 또는 금속 합금에 의해 제공된다. 제2 구체예에 따라 임플란트는 금속이나 금속 합금을 포함하는 복합재 또는 복합재 물질에 의해 제공된다. 이러한 복합재 또는 복합재 물질은 금속 또는 금속 합금을 적어도 70 중량%의 양으로 함유한다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따른 표면 전환된 임플란트들은 생체적합성 재료, 좋기로는 생물분해성인 재료에 기반한다. 생물분해성 임플란트의 재료는 마그네슘 또는 마그네슘계 합금이다. 마그네슘계 합금은 적어도 50 중량%의 마그네슘, 좋기로는 적어도 80 중량%의 마그네슘, 가장 좋기로는 적어도 90 중량%의 마그네슘을 함유한다. 실제 사용된 합금은 W4 마그네슘 합금 (96% 마그네슘, 4% 이트륨)이다. 마그네슘 합금은 정형외과용으로 개발되었다. 이들은 영 모듈(Young modulus)이 천연 뼈에 매우 가까우며 탁월한 생체적합성 및 생물재흡수성을 나타낸다. 마그네슘계 합금은 절삭 가공된 재료, 가압 캐스팅된 재료 및/또는 다이 캐스팅된 재료로서 제공된다. 본 발명은 또한 예컨대 생체적합성을 증가시키기 위해, 생물분해성이 아닌 예컨대 금속과 같은 다른 재료에도 적합하다. 이 구체예에서, 임플란트는 티타늄, 티타늄 합금, 크롬 합금, 코발트 합금 및 스테인레스 스틸로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 재료를 포함한다. 합금은 적어도 50 중량%를 차지하는 주성분 원소를 따서 명명한다. 전술한 합금 및/또는 제조 방법은 어디까지나 예시적인 것이고 이러한 몇가지 예로 본 발명이 한정되는 것이 아님을 이해하여야 한다.
바람직한 구체예에서 임플란트는 표면 처리된 금속, 즉 티타늄, 티타늄 합금, 크롬 합금, 코발트 합금 및 스테인레스 스틸로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 표면 처리된 금속 재료를 포함하는 것으로서, 여기서 상기 처리된 표면은 적어도 부분적으로는 콜로이드-분산된 아파타이트 및 아파타이트 분말을 포함하는 분산계를 이용하는 플라즈마 전해 산화법에 의해 산화물 피막으로 전환된 것이고, 상기 전환된 표면은 적어도 콜로이드-분산된 아파타이트 및 아파타이트 분말로부터 유래하는 아파타이트에 의해 부분적으로 커버된 것이다.
특히 본 발명에 따른 임플란트는 본 발명에 따른 방법으로 제조될 수 있으며 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 것이 바람직하다. 임플란트는 아파타이트 커버링에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 커버된 산화물 피막으로 이루어진 표면을 포함한다.
이하에 바람직한 구체예와 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 이하의 여러가지 구체예에 나타난 특성들은 상호 조합이 가능하다. 도면에 나타난 번호들은 동일 또는 유사한 부분을 가리킨다.
도 1a는 본 발명에 따른 코팅 제조를 위한 장치의 개략도이다.
도 1b는 비대칭 AC 전압 분포의 제1 구체예의 개략도이다.
도 1c는 대칭 AC 전압 분포의 제2 구체예의 개략도이다.
도 1d는 비대칭 AC 전압 분포와 대칭 AC 전압 분포가 조합된 제3 구체예의 개략도이다.
도 1e는 나노HA의 STEM 이미지를 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 5b는 마그네슘 합금에 기초한 것으로 스크류에 적용된 본 발명에 따른 HA-MgO 코팅의 결과를 나타낸 도면이다.
구체적으로,
도 2a 내지 도 2c: (a) 일반 사진술을 이용한, 본 발명에 따른 HA 코팅 이미지, (b) 토포그라피 대조 모드의 SEM, 및 (c) 전환된 표면의 횡단면도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3a-b: (a) 화학적 대조 모드에서 나노-HA가 없는 HA 코팅의 SEM 이미지, (b) 화살표로 표시된 밝은 부분의 EDX 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 4a-b: (a) 화학적 대조 모드에서 나노-HA가 있는 HA 코팅의 SESM 이미지, (b) 화살표로 표시된 밝은 부분의 EDX 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 5a-b: 코팅되지 않은 샘플, 나노-HA로 코팅된 샘플 및 나노-HA 없이 코팅된 샘플의 (a) 침지 테스트의 실험 결과를 나타낸 도면 및 (b) 전기화학적 임피던스 분광학 결과를 나타낸 도면.
이하에, 바람직한 그러나 예시적인 본 발명의 구체예들을 도면을 참조로 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 코팅을 제조하기 위한 장치의 개략도이다. 이어지는 상세한 설명은 임플란트에 관한 것이다. 예컨대 생물분해성 외과용 임플란트의 코팅을 위해 플라즈마 전해 산화법(PEO)에 기반하여 본 발명의 혁신적인 기술이 개발되었다. PEO는 금속 위에 산화물 코팅을 입히기 위한 전기화학적 표면 처리법이다. 펄스된 교류로서, 분산계 4 또는 전해조 4를 통해 고전압을 흘려 보내면, 제어된 플라즈마 방전이 형성되고 기판 표면에 스파크가 일어난다. 이 플라즈마 방전은 금속 표면을 산화물 코팅으로 전환시킨다. 코팅은 실제로 기판의 화학적 전환이며 본래의 금속 표면의 내부 및 외부의 양방으로부터 성장한다. 이것은 침착된 코팅 (예컨대 플라즈마 분무에 의해 형성된 코팅과 같음)이라기 보다는 전환 코팅이므로, 기판 금속에 대한 접착력이 우수하다.
분산계 4는 배쓰 5 내에 제공된다. 제1 전극 1로서의 임플란트 20은 분산계 4 내에 제공된다. 설명된 구체예에서 임플란트 20은 분산계 4의 액체 4 내에 완전히 침지된다. 제2 전극 2 역시도 콜로이드-분산계 4 내에 침지 또는 제공된다. 제2 전극 2는 제1 전극 1을 둘러싸고 있다.
분산계 4의 온도는 열 교환기 6 및/또는 펌핑 시스템 7 및/또는 혼합 수단 8에 의해 유지 또는 제어된다. 분산계 4의 순환 및/또는 혼합은 혼합 수단 8에 의해 달성된다. 혼합 수단 8은 예컨대 음향 유동 발생기에 의해 제공된다. 가능한 그리고 도시된 보충물로서, 예컨대 공기 공급을 위한 가스 서플라이 9 역시 혼합 수단 8에 제공될 수 있다. 액체 순환은 분산된 입자들의 응집을 회피 또는 감소시키거나 및/또는 분산계 4 내에 함유된 응집된 입자들의 분리를 유도할 수 있다.
또 다른 도시되지 않은 구체예에서 제2 전극 2는 배쓰 5 또는 용기 5 자체에 의해 제공된다. 이것은 예컨대 전도성 재료에 의해 제공되는 용기 5에 적합하다. 이러한 구체예에서 배쓰 5와 제2 전극 2는 원피스로서 제공된다. 바람직한 구체예에서 제1 전극 1은 기본적으로 균일한 전기장 분포를 달성하기 위해, 대략 제2 전극의 중심에 위치된다.
AC 전압은 파워 서플라이 10 (도 1a 참조)에 의해 제공된다. 비대칭 펄스된 AC 전압을 인가하면 조밀한 코팅이 야기된다. 펄스의 포지티브 부분은 전환된 표면을 성장하게 해줄 수 있다. 산화물층의 성장 공정의 초기 단계에서 전환된 표면은 조밀한 구조를 갖는다는 특징이 있다. 산화물층 코팅의 두께가 증가할수록 코팅에는 점점 더 다공성으로 된다. 코팅 입자들은 점점 더 느슨해진다. 이렇게 성긴 입자들은 펄스의 네가티브 부분에서 제거된다. 따라서, 펄스의 네가티브 부분은 소위 식각 부분(etching part)이다. 비대칭 AC 전압은 포지티브 및 네가티브 컴포넌트에 대한 앰플리튜드가 다른 전압이다. 특히 포지티브 앰플리튜드를 네가티브 앰플리튜드로 나눈 몫은 조정할 필요가 있다. 이러한 몫의 절대값은 > 1 내지 4이다. 설명 목적에서 도 1b는 +200 V 및 -50 V의 앰플리튜드 U1에 대한 비대칭 AC 전압 분포를 도시한 도면이다. 이 전압은 예컨대 제1 전극으로서 임플란트 20에 인가된다 (도 1a 참조). 이 구체예에서 제2 전극의 전압은 예컨대 접지 전위에 대한 것이다. 그 형상은 대략 직사각형이다. 형상은 또한 특히 부분적으로, 사이너스(sinus) 유형 또는 사이너스일 수도 있다.
몇가지 용례에서 대칭형 AC 전압 분포도 적합하다. 이러한 한가지 적용예는 증가된 임플란트-뼈 접착을 위하여 매우 높은 표면 조도(roughness)를 갖는 코팅을 얻는 것이다. 설명 목적에서 도 1c는 -200 V 및 +200 V의 앰플리튜드 U1에 대한 대칭형 AC 전압 분포를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 1d는 비대칭 및 대칭형 AC 전압의 양자의 조합례를 나타낸다. 도시된 전압은 도 1b 및 도 1c에 도시된 전압에 대응한다. 대칭 전압 기간만 예시적으로 감소한다. 이러한 전압 분포는 예컨대 하나의 코팅을 제조하기 위한 다단계 공정에 적합하다. 제1 단계에서 비대칭 전압을 인가하여 상당히 조밀한 구조의 코팅을 형성한다. 제2 단계에서, 특히 브레이크 후에, 대칭 전압에 의해 코팅을 지속하여 표면 조도가 증강된 표면을 수득한다.
도 1e는 HA 구체예에 대한 콜로이드-분산된 아파타이트의 STEM 이미지를 도시한 도면이다. 이 콜로이드-분산된 아파타이트는 나노HA라고도 명명된다. 도시된 나노HA는 본 발명에서 사용가능한 일 구체예이다. 도시된 바와 같이, 나노HA는 길다란 구조를 갖는다. 도시된 나노HA는 부분적으로 응집된 상태이며 부분적으로 응집되지 않은 상태이다. 나노HA의 크기 분포는 기본적으로 시간에 따라 다르다. 나노HA는 응집되지 않은 입자 30으로서, 작은 크기의 응집된 입자 또는 클러스터 31로서, 큰 크기의 응집된 입자 또는 클러스터 32로서 존재한다. 응집되지 않은 나노HA의 평균 길이는 최대 100 nm 범위이다. 존재하는 응집된 나노HA 및 응집되지 않은 나노HA는 원재료이다.
도 2a 내지 5b는 본 발명에 따른 HA-MgO 코팅의 실험 결과를 나타낸다. 다이 캐스팅된 W4 마그네슘 간섭 스크류(8.2 x 25 mm)에 대하여 코팅 실험을 실시하였다. 동일한 재료의 가압 캐스팅 및 절삭된 디스크(18 mm, 두께 3 mm)를 전기화학적 임피던스 분광 측정에 이용하고 (도 5b 참조) 침지 테스트에도 이용하였다 (도 5a 참조).
먼저, 도 2a는 본 발명에 따른 HA 코팅의 일반 사진촬영술을 이용한 이미지이다. 일례로서 본 발명에 따른 코팅을 갖는 스크류가 도시되어 있다. 코팅 표면 토포그래피를 토포그래피 대조 모드로 스테레오 주사전자 현미경(SEM)을 이용하여 조사하였다 (도 2b: ISO/TS 10993-19:2006에 따른 토포그래피 특징화). 상기 영상은 HA가 있는 표면의 균일하고 균질한 코팅을 나타낸다.
설명 목적을 위해 도 2c는 전환된 표면의 단면도를 개략적으로 나타낸 도면이다. 전환된 표면은 산화물 층으로 연속적으로 커버되어 있고 이 실시예에서는 오직 부분적으로만 HA에 의해 커버되어 있다. 이 실시예에서 산화물 피막은 홈(grooves) 및/또는 채널 및/또는 융기부에 의해 이격되어 있는 언덕(hills) 및/또는 평지(plateaus) 및/또는 골짜기(craters)를 가짐을 특징으로 한다. 그러나, 산화물 피막은 평탄할 수도 있다. 분산계의 입자들 역시도 HA코팅에 완전히 또는 부분적으로 포함되거나 또는 박혀있다(embedded). 좋기로는 HA 코팅은 산호 모양의 구조로서 형성되거나 지어질 수 있다. 일 구체예로서 물유리 및/또는 그의 구성성분이 포함되거나 박혀있다. 이 실시예에서 산화물 층의 꼭대기에는 일종의 아파타이트 섬들이 생겨서 비연속적인 아파타이트들의 층을 형성한다. 이 섬들은 평지 위에 그리고 홈 안에 형성될 수 있다.
도 3a 내지 4b는 이화학적 특징화(ISO/TS 10993-19:2006)의 결과를 나타낸 도면이다. 이 도면에서 콜로이드-분산된 아파타이트는 나노HA라 칭해진다. 자세히 설명하면 도 3a-b는 나노-HA가 없거나 오직 소량만 있는 화학 대조 모드의 HA 코팅의 SEM 이미지 (도 3a) 및 화살표로 표시된 밝은 부분의 EDX 스펙트럼 (도 3b)를 도시한 것이다. 도 4a-b는 본 발명에 따라 나노-HA를 갖는 HA 코팅에 대한 대응하는 도면들이다.
화학 대조 모드의 SEM 이미지는 나노HA 없이 HA 분말 만으로 분산계에서 처리된 샘플의 표면 상에 아파타이트가 존재하지 않거나 또는 오직 소량으로만 존재하거나 적어도 검출가능한 양으로는 존재하지 않음을 보여준다 (도 3a 참조). 조성물에 적용된 농도는 나노HA가 없는 본 발명에 따른 코팅에 대한 후술 농도(도 4a 및 4b 참조)에 해당한다. 이것은 망상 구조이다. 대응하는 EDX 스펙트럼은 아파타이트의 주요 구성성분 원소들인 칼슘 원소와 인 원소가, 전환된 표면의 PEO-형성된 산화물 피막 상에 거의 없거나 있어도 아주 소량에 불과함을 확인해준다. 산화물 피막은 마그네슘 원소와 산소 원소에 의해 제공된다.
이것은 본 발명에 따른 코팅의 결과를 도시하고 있는 도 4a 및 도 4b와 크게 대조되는 것이다. 화학 대조 모드에 있어서 SEM 이미지는 전환된 표면의 옥사이드 필름 상에 커버링이 존재함을 여실히 보여준다. 이 커버링은 산호 모양의 구조 또는 층에 의해 제공된다 (도 4a 참조). 이 커버링은 일종의 응고된 거품으로 설명할 수도 있다. 이 산호 모양의 구조는 HA에 의해 지어지거나 형성된 것이거나 또는 부분적 또는 완전한 HA 커버링을 나타내는 것으로 추정된다. 산호 모양의 구조는 코팅 표면 상에 함께 접착된 HA 결정들과 관계가 있다. 대응하는 EDX 스펙트럼은 이러한 추정을 확인해준다 (도 4b 참조). 아파타이트의 주요 구성 원소들인 칼슘 원소와 인 원소는 전환된 표면의 PEO-형성된 산화물 피막 상에 존재한다. 물유리의 구성성분 중 하나인 규소 원소 역시 스펙트럼에 나타나 있다. 따라서, Ca-P-Si를 함유하는 입자들이 발견된다. 산화물 피막은 마그네슘 원소 및 산소 원소에 의해 제공된다. 일반적으로, 아파타이트 또는 산호 모양의 구조는 기본적으로 장형 구조, 예컨대 실린더형 또는 막대형 구조를 갖는다. 분산계 중의 나노HA의 존재는 전환된 표면 상의 HA의 형성 및/또는 전환된 표면 상의 HA의 침착 및/또는 전환 표면에 대한 HA의 접착에 필요한 것으로 보인다.
HA 분말의 적용 농도는 1.4 g/l이다. 나노HA의 적용 농도는 1.6 g/l이다. 입자 크기가 약 15 nm 내지 60 nm인 콜로이드-분산된 아파타이트 입자 및 크기 분포가 10 ㎛ 내지 100 ㎛인 아파타이트 분말이 매우 적합하다. 이에 더해서, 사용된 분산계는 물유리를 1.1 g/l의 농도로 함유한다.
아파타이트-코팅의 목적은 분해, 특히 초기 분해의 지연 및/또는 적응이다. 초기 분해는 이식 직후 또는 즉각적인 생물분해성 임플란트의 생물분해가 일어나는 것을 나타낸다.
본 발명의 유리한 점들을 설명하기 위해 도 5a 및 5b에 (a) 침지 테스트 결과 및 (b) 전기화학적 임피던스 분광학에 관한 연구 결과를 도시하였다. 이들 도면에서는 콜로이드-분산된 아파타이트가 나노HA라고도 칭해진다. 미코팅 마그네슘 W4 샘플, 나노-HA로 코팅되지 않은 마그네슘 W4 샘플 및 본 발명에 따른 코팅을 갖는 마그네슘 W4 샘플 (여기서 코팅은 나노HA 및 HA 분말 두가지 모두에 의해 형성되거나 수립됨)에 대한 결과를 도시하였다.
도 5a는 침지 시간의 함수로서 샘플-용액 상호반응에서 생산된 샘플로부터 발생된 수소의 전체 수득 부피를 나타낸다. 마그네슘의 수소 가스 발생 측정을 DIN 38 414에 따라 수행한다. 예상했던 바와 같이, 마그네슘이 테스트 용액에 완전히 노출되었기 때문에 미코팅 샘플에서 수소 가스 발생량이 가장 높았다.
나노HA 없이 코팅된 샘플의 분해는 미코팅 샘플에 비해 이미 저감되었다. 이러한 증강된 분해 내성은 기본적으로 보호층으로서 작용하는 PEO-형성된 산화물 층에 기인한다. 보호 산화물 층은 테스트 용액에 의해 점차 분해된다. 따라서, 침지 시간이 길어질수록 분해도 증가한다.
본 발명자들은 놀랍게도 분산계에 나노HA와 HA 분말을 조합시킴으로써 분해 내성이 매우 크게 증가될 수 있음을 발견하였다. 측정된 시간 스펙트럼 동안 기본적으로 수소 가스가 전혀 발생되지 않거나 검출되지 않았다. 이러한 결과는 분산계 중 나노HA와 HA 분말의 조합 효능을 입증하는 것이다. 조성된 아파타이트 커버링 또는 층 및 산화물 코팅은 테스트 용액에 의해 역시 종국에는 분해될 것으로 예상된다. 특정 시간 간격 후에 체내에 삽입된 임플란트 또는 샘플은 원하는 만큼 분해되기 시작한다. 따라서, 보다 장기적으로는 이것은 시간이 경과함에 따라 수소 가스 발생을 일으키는 결과를 나타낼 것이다. 아파타이트 커버의 양 및/또는 산화물 피막의 두께 및/또는 아파타이트 코팅의 다공성 및/또는 산화물 층의 다공성을 조절함으로써 마그네슘계 생물분해성 임플란트의 분해 특성을 원하는 또는 요구되는 거동에 알맞게, 예컨대, 임플란트 안정성을 시간에 대한 함수로서 적응시킬 수 있다.
도 5b는 전기화학적 임피던스 분광학(EIS) 측정의 결과를 나타낸 것이다 (ASTM G-106). EIS에서 부식 금속은 이중층 정전용량 ( C dl ), 용액 저항 및 전하 전달 저항 (일반적으로 분극 저항, R p 로 동화됨)으로 구성된 전기화학적 시스템으로서 모델화될 수 있다. 이러한 시스템은 DC 분극에 비해 더 많은 정보를 제공할 수 있는 AC 신호를 이용함으로서 연구될 수 있다. 따라서, 정전 회로를 통하여 5 mV 사인곡선적 (sinusoidal) 전위를 인가하여, 전위-전류 반응 플롯으로부터 임피던스 값을 구한다. 임피던스 다이아그램은 초기 시간 (t=0 h), 안정상태 전위의 안정화 직후 (침지로부터 약 5 내지 20분 후)에 기록한다.
개방 회로에서 마그네슘 합금의 Nyquist 플롯은 2개의 전기용량 루프를 나타내는데, 하나는 간헐적인 고주파수에 관한 것이고 다른 하나는 보다 작은 것으로 저주파수에 관한 것이다. 첫번째 전기용량 루프는 전하-전달 공정에 기여한다. 따라서, 주파수가 1 Hz를 초과하는 경우, 레지스터 R p 및 정전용량 C dl 은 나란히 전극/전해질 인터페이스를 모델링할 수 있다. 몇몇 경우에 있어서, 두번째의 작은 전기용량 루프는 대체로 산화물/수산화물 층으로 구성된 고체상에서의 질량 전달에 기여한다.
신체 환경 (NaOH로 안정화된 0.9% NaCl 용액)을 모방한 용액 중 미코팅 W4의 거동을 전기화학적 임피던스 분광학(EIS)에 의해 연구하였다. 이 실험의 목적은 분해 속도 관점에서 서로 다른 조성을 비교하는 것이었다. 코팅 기간은 모든 조성물에 있어서 150초로 동일하였다. 실험 공정 동안, 체온과 동일한 온도의 0.9% NaCl 용액과 외부 pH 조절을 이용하였다. 변수들을 다음과 같이 조정하였다: 용액의 온도 -36.5 -38.5℃, pH - 7.35-7.45, 반응기 (500 ml)와 전기화학전지 (500 ml) 간
의 용액의 유속 - 100 ml/분, 전기화학 전지 내부의 용액의 순환 속도 - 300 ml/분. PC에 연결된 정전위 측정기 PARSTAT 2263 디바이스 (EG&G Princeton Applied Research)를 이용하여 측정을 수행하였다. 실제로, 예시적으로 임피던스 다이아그램을 초기 시간 (t = 0시간)에 기록하였다. 각 시점에서의 분해 속도를 임피던스 다이아그램으로부터 뺐다.
도 5b는 초기 시간에 대한 부식 속도 관점에서 분해 속도를 나타내며 따라서 초기 분해 속도를 나타낸다. 아파타이트 코팅된 샘플의 2 분해 속도는 미코팅 샘플의 분해속도보다 모두 저조하다. 결과적으로 이들 2가지 형성된 코팅들은 Mg-스크류 분해에 이로운 영향을 미친다.
그러나, 나노HA와 HA 분말의 두가지 모두에 의해 코팅이 형성된 경우의 코팅된 샘플은 미코팅 샘플 및 나노HA를 이용하지 않고 코팅된 샘플 두가지 모두에 비해 명확히 더 저하된 분해 속도를 나타내었다. 분해 속도, 특히 초기 분해 속도는 20 mpy (mile/1년: mils per year) 이하이다.
본 발명은 또한 콜로이드-분산된 아파타이트를 포함하는 분산계를 제공하는 단계 및 아파타이트 분말을 분산계에 제공하는 단계, 처리하고자 하는 임플란트 표면이 분산계에 침지되도록 임플란트를 분산계로 처리하는 단계로서, 여기서 상기 임플란트는 좋기로는 티타늄, 티타늄 합금, 크롬 합금, 코발트 합금 및 스테인레스 스틸로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 재료를 포함하는 것인 단계, 임플란트의 침지된 표면에 플라즈마 전해 산화를 발생시키기 위해 분산계 내에 위치하는 제2 전극과 제1 전극으로서의 임플란트 간에 AC 전압차를 인가하여, 침지된 표면을, 적어도 콜로이드-분산된 아파타이트와 아파타이트 분말에 의해 형성된 아파타이트에 의해 적어도 부분적으로 커버된 산화물 피막으로 전환시키는 것인 단계를 포함하여 이루어지는, 금속성 임플란트의 표면 처리 방법에 관한 것이기도 하다.
본 발명은 또한 콜로이드-분산된 아파타이트 및/또는 콜로이드 분산된 칼슘 함유 포스페이트 염 및/또는 물유리를 포함하는 분산계를 제공하는 단계, 아파타이트 분말을 분산계에 첨가하거나, 및/또는 적어도 1종의 칼슘 함유 화합물 및/또는 적어도 1종의 포스페이트 함유 화합물을 분산계에 첨가하는 단계, 처리하고자 하는 임플란트 표면이 분산계에 침지되도록 임플란트를 분산계로 처리하는 단계로서, 여기서 상기 임플란트는 마그네슘계 합금을 포함하는 것인 단계, 임플란트의 침지된 표면에 플라즈마 전해 산화를 발생시키기 위해 분산계 내에 위치하는 제2 전극과 제1 전극으로서의 임플란트 간에 AC 전압차를 인가하여, 침지된 표면을, 적어도 콜로이드-분산된 아파타이트와 아파타이트 분말에 의해 형성된 아파타이트에 의해 적어도 부분적으로 커버된 산화물 피막으로 전환시키는 것인 단계를 포함하여 이루어지는, 금속 마그네슘계 임플란트의 표면 처리 방법 역시도 포괄한다.
또한, 또 다른 바람직한 구체예에서, 전술한 분산계로 임플란트를 1 내지 10,000회, 좋기로는 1 내지 1000회 반복 처리한다.
분산계의 성분들은 전술한 처리 과정 중에 일정하게 유지시킬 수도 있고 또는 임플란트를 분산계로 처리할 때 또 다른 구체예에서 변화시키기도 한다.
이에 더하여 또는 별법으로, 전술한 분산계의 성분들의 농도는 임플란트를 분산계로 처리할 때 변화시키기도 한다.
요약하면, 본 발명에 따른 HA-MgO 코팅은 수소가스 발생량의 감소 측면에서, 특히 초기 수소 가스 발생의 감소 및 분해 내성 측면에서 향상된 특징을 나타낸다.
본 발명은 또한 티타늄, 티타늄 합금, 크롬 합금, 코발트 합금 및 스테인레스 스틸로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 재료로 된 금속을 포함하는 임플란트로서, 그의 처리된 표면이 콜로이드-분산된 아파타이트와 아파타이트 분말을 포함하는 분산계를 이용하여 플라즈마 전해 산화법에 의해 산화물 피막으로 적어도 부분적으로 전환된 것이고, 여기서 상기 전환된 표면은 적어도 콜로이드 분산된 아파타이트 및 아파타이트 분말에 기원하는 아파타이트로 부분적으로 커버된 것인 임플란트를 개시한다.
본 발명은 본 발명의 정신 또는 핵심적인 특징으로부터 일탈함이 없이 다른 특이한 변형예도 포괄하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본 명세서에 제공된 실시예 및 구체예들은 어디까지나 설명 목적에서 제공된 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들로 제한되는 것은 아님을 이해하여야 한다. 따라서, 전술한 특정 구체예에 따른 특징들은 상호 조합될 수 있다. 또한, 본 발명의 개요부에 설명된 특징들 역시 서로 조합될 수 있다. 뿐만 아니라, 전술한 특정 구체예의 특징 및 발명의 개요부에 설명된 특징들 역시도 상호 조합될 수 있다.

Claims (27)

  1. - 콜로이드-분산된 아파타이트를 포함하는 분산계를 제공하는 단계 및
    - 아파타이트 분말을 분산계에 제공하는 단계로서, 상기 아파타이트 분말은 평균 크기가 10 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위인 단계,
    - 처리하고자 하는 임플란트 표면이 분산계에 침지되도록 임플란트를 분산계로 처리하는 단계,
    - 임플란트의 침지된 표면에 플라즈마 전해 산화를 발생시키기 위해 분산계 내에 위치하는 제2 전극과 제1 전극으로서의 임플란트 간에 AC 전압차를 인가하여,
    침지된 표면을, 콜로이드-분산된 아파타이트와 아파타이트 분말에 의해 형성된 아파타이트에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 커버된 산화물 피막으로 전환시키는 단계
    를 포함하는, 금속성 임플란트의 표면 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 임플란트를 아파타이트 분말이 포함된 분산계로 1 내지 10,000회 반복 처리하는 것인 방법.
  5. 제4항에 있어서, 임플란트를 분산계로 1 내지 1,000회 반복 처리하는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 콜로이드-분산된 아파타이트는 아파타이트 분말보다 더 높은 농도로 분산계에 제공되는 것인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 아파타이트 분말은 분산계에 0.01 mg/l 내지 200 g/l의 농도로 제공되는 것인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 콜로이드-분산된 아파타이트는 분산계에 0.01 mg/l 내지 300 g/l의 농도로 제공되는 것인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 콜로이드-분산된 아파타이트는 침전 공정에 의해 제공되는 것인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 아파타이트 분말은 침전된 콜로이드-분산된 아파타이트를 건조시켜 제공되는 것인 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 건조는 분무 건조인 것인 방법.
  12. 제1항에 있어서, 아파타이트 분말은 침전된 콜로이드-분산된 아파타이트를 건조 및 밀링 및/또는 분쇄시킴으로써 제공되는 것인 방법.
  13. 제1항에 있어서, 콜로이드-분산된 아파타이트 및/또는 아파타이트 분말은 히드록실-아파타이트 및/또는 치환된 히드록실-아파타이트를 포함하는 것인 방법.
  14. 제1항에 있어서, 임플란트를 분산계로 처리하기 전에, 분산계에 물유리를 첨가하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 물유리는 분산계에 0.01 g/l 내지 400 g/l의 농도로 제공되는 것인 방법.
  16. 제1항에 있어서, 임플란트를 분산계로 처리하기 전에, 분산계에 적어도 1종의 칼슘 함유 화합물 및/또는 적어도 1종의 포스페이트 함유 화합물을 첨가하는 방법.
  17. 제1항에 있어서, 임플란트를 분산계로 처리하기 전에, 분산계에 금속, 금속 산화물, 금속 수산화물 및 금속 포스페이트 함유 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 성분을 첨가하는 것인 방법.
  18. 제17항에 있어서, 금속, 금속 산화물의 금속, 금속 수산화물의 금속 및/또는 금속 포스페이트 화합물의 금속은 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 아연, 구리, 은, 지르코늄, 알루미늄, 규소 및 임플란트의 재료의 적어도 1가지 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속이고 상기 임플란트의 재료는 마그네슘계 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 크롬 합금, 코발트 합금 및 스테인레스 스틸로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  19. 제17항에 있어서, 금속은 분산계에 100 mg/l 이하의 농도로 제공되고 금속 산화물, 금속 수산화물 및 금속 포스페이트 함유 화합물 중 적어도 1종은 분산계에 20 g/l 이하의 농도로 제공되는 것인 방법.
  20. 제1항 및 제4항 내지 제19항 중 어느 하나의 항에 기재된 방법으로 제조된 임플란트.
  21. 마그네슘계 합금을 포함하며, 처리된 표면을 갖는 임플란트로서,
    - 상기 처리된 표면은 콜로이드-분산된 아파타이트 및 아파타이트 분말을 포함하는 분산계를 이용하는 플라즈마 전해 산화법에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 산화물 피막으로 전환되고, 상기 아파타이트 분말은 평균 크기가 10 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위이며, 여기서
    - 상기 전환된 표면은 콜로이드-분산된 아파타이트 및 아파타이트 분말로부터 유래하는 아파타이트에 의해 부분적으로 커버되는 것인 임플란트.
  22. 티타늄, 티타늄 합금, 크롬 합금, 코발트 합금 및 스테인레스 스틸로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 재료를 포함하며, 처리된 표면을 갖는 임플란트로서,
    - 상기 처리된 표면은 콜로이드-분산된 아파타이트 및 아파타이트 분말을 포함하는 분산계를 이용하는 플라즈마 전해 산화법에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 산화물 피막으로 전환되고, 상기 아파타이트 분말은 평균 크기가 10 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위이며, 여기서
    - 상기 전환된 표면은 콜로이드-분산된 아파타이트 및 아파타이트 분말로부터 유래하는 아파타이트에 의해 부분적으로 커버되는 것인 임플란트.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 콜로이드-분산된 아파타이트 및/또는 아파타이트 분말은 히드록실-아파타이트 및/또는 치환된 히드록실-아파타이트를 포함하는 것인 임플란트.
  24. 제21항 또는 제22항에 있어서, 금속, 금속 산화물, 금속 수산화물 및 금속 포스페이트 함유 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 성분이, 전환된 표면 상에 부분적으로 또는 전체적으로 침착되거나 및/또는 전환된 표면에 박혀있는(embedded) 것인 임플란트.
  25. 제21항 또는 제22항에 있어서, 금속, 금속 산화물의 금속, 금속 수산화물의 금속 및/또는 금속 포스페이트 화합물의 금속은 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 아연, 구리, 은, 지르코늄, 알루미늄, 규소 및 임플란트의 재료의 적어도 1 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속이고, 상기 임플란트 재료는 마그네슘계 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 크롬 합금, 코발트 합금 및 스테인레스 스틸로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 임플란트.
  26. 제21항 또는 제22항에 있어서, 수소 가스 발생 속도는 1 ml/cm2/1일 이하이고 및/또는 분해 속도는 100 mpy 이하인 것인 임플란트.
  27. 삭제
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