[학위논문]타이타늄 합금화 원소 종류가 마이크로/나노 구조 양극산화 표면 특성 및 조골세포 활성에 미치는 영향 Effects of Alloying Elements in Titanium Alloys on the Characteristics of Anodized Micro-Nano Oxide Surfaces and Osteoblast Bioactivity원문보기
치과용 임플란트 재료로 가장 많이 사용되는 타이타늄(titanium; Ti)은 가공성 및 기계적 성질을 개선시키고, 골조직과의 조화를 이루기 위해 낮은 탄성계수를 갖도록 하기 위해 β형 타이타늄 합금을 중심으로 연구가 이루어지고 있다. 또한 생체불활성(bioinert)인 특성을 개선하여 골전도성을 향상시키려는 다양한 ...
치과용 임플란트 재료로 가장 많이 사용되는 타이타늄(titanium; Ti)은 가공성 및 기계적 성질을 개선시키고, 골조직과의 조화를 이루기 위해 낮은 탄성계수를 갖도록 하기 위해 β형 타이타늄 합금을 중심으로 연구가 이루어지고 있다. 또한 생체불활성(bioinert)인 특성을 개선하여 골전도성을 향상시키려는 다양한 표면개질 방법이 연구되고 있다. 본 연구에서는 타이타늄의 β상 안정화 원소로 연구되어지고 있는 합금화 원소(Cr, Fe, Mo, Sn, Zr)를 5wt% 함유한 이원계 타이타늄 합금을 제조하였다. 제조된 합금들을 양극산화처리한 후 열수처리를 시행하여 마이크로/나노 표면을 갖는 다공성 산화막을 형성시키고, 합금화 원소종류에 따른 산화막 표면특성과 골전도성을 평가하고자 하였다. 본 연구에 사용한 타이타늄 합금들은 아크 용융시켜 제조하였다. 디스크 형의 연마 처리한 시편들(Polished 군)은 DC-형의 정전류를 인가하여 0.2 M calcium acetate monohydrate와 0.02 M β-glycerophosphoric acid disodium salt pentahydrate가 함유된 전해질에서 양극산화 처리하였다(MAO 군). MAO 군 시편들을 인산이 함유된 알칼리 수용액에 넣고 190℃에서 8시간 동안 열수처리 하여 MAO/HT 군을 제작하였다. 대조군으로는 상용 순 타이타늄(commercially pure titnium; CP-Ti)을 사용하였다. 3차원 미세형상측정기(3D optical profiler), 접촉각 측정기, 주사전자현미경/에너지분산형 X-선분석기, 전계방사형 주사전자현미경으로 표면특성을 분석하였고, MG63 세포를 이용해 초기 세포부착, 용출용액 MTT 시험, 총 단백질량 측정, 알칼리성 인산가수분해효소(alkaline phosphatase; ALP) 활성 평가, 오스테오칼신(osteocalcine; OC)합성량을 3개의 시편에 대해 반복 평가하여 조골세포의 활성을 분석하였다. 친수성 평가를 위한 접촉각 측정 결과, MAO 및 MAO/HT 군이 Polished 군에 비해 높은 친수성을 나타냈고, Polished 군에서는 모든 합금 시편들이 CP-Ti에 비해 친수성이 낮았다. 표면 거칠기 평가에서는 MAO 및 MAO/HT 군이 Polished 군에 비해 2배 이상 높은 표면 거칠기를 보였다. 초기 세포부착 시험에서 총 부착세포의 개체 수는 CP-Ti에 비해 합금 시편들의 표면에서 더 많이 관찰되었으며, CP-Ti, Ti-5Mo, Ti-5Zr 군은 MAO 및 MAO/HT 표면처리 시 Polished 군에 비하여 spread cell은 감소하고 non-spread cell은 증가하는 경향을 보였다. 용출용액을 이용한 MTT 시험 결과, Ti-5Fe-MAO/HT 군의 세포활성도는 대조군에 비해 낮게 나타났고, 다른 모든 실험군은 CP-Ti 대조군과 비슷하거나 더 높은 세포활성도를 보여 금속이온의 용출로 인한 초기 독성은 나타나지 않았다. Ti-5Mo-MAO/HT, Ti-5Sn-MAO/HT, Ti-5Zr-MAO/HT 군들은 3일, 7일째의 ALPase 활성도가 CP-Ti-Polished 군보다 높게 나타났으며, 오스테오칼신 합성량도 14일째에 CP-Ti-MAO/HT 군과 유사한 수준으로 높게 측정되어 골전도성이 향상됨을 알 수 있었다. 이상의 연구결과, MAO 처리한 Ti-5Cr, Ti-5Fe는 동일한 표면처리를 시행한 CP-Ti에 비해 골전도성이 낮아졌다. 그러나 Ti-5Mo, Ti-5Sn, Ti-5Zr은 MAO 또는 MAO/HT 처리에 의해 물성의 개선과 함께 골전도성이 향상되어 향후 임플란트 소재로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
치과용 임플란트 재료로 가장 많이 사용되는 타이타늄(titanium; Ti)은 가공성 및 기계적 성질을 개선시키고, 골조직과의 조화를 이루기 위해 낮은 탄성계수를 갖도록 하기 위해 β형 타이타늄 합금을 중심으로 연구가 이루어지고 있다. 또한 생체불활성(bioinert)인 특성을 개선하여 골전도성을 향상시키려는 다양한 표면개질 방법이 연구되고 있다. 본 연구에서는 타이타늄의 β상 안정화 원소로 연구되어지고 있는 합금화 원소(Cr, Fe, Mo, Sn, Zr)를 5wt% 함유한 이원계 타이타늄 합금을 제조하였다. 제조된 합금들을 양극산화처리한 후 열수처리를 시행하여 마이크로/나노 표면을 갖는 다공성 산화막을 형성시키고, 합금화 원소종류에 따른 산화막 표면특성과 골전도성을 평가하고자 하였다. 본 연구에 사용한 타이타늄 합금들은 아크 용융시켜 제조하였다. 디스크 형의 연마 처리한 시편들(Polished 군)은 DC-형의 정전류를 인가하여 0.2 M calcium acetate monohydrate와 0.02 M β-glycerophosphoric acid disodium salt pentahydrate가 함유된 전해질에서 양극산화 처리하였다(MAO 군). MAO 군 시편들을 인산이 함유된 알칼리 수용액에 넣고 190℃에서 8시간 동안 열수처리 하여 MAO/HT 군을 제작하였다. 대조군으로는 상용 순 타이타늄(commercially pure titnium; CP-Ti)을 사용하였다. 3차원 미세형상측정기(3D optical profiler), 접촉각 측정기, 주사전자현미경/에너지분산형 X-선분석기, 전계방사형 주사전자현미경으로 표면특성을 분석하였고, MG63 세포를 이용해 초기 세포부착, 용출용액 MTT 시험, 총 단백질량 측정, 알칼리성 인산가수분해효소(alkaline phosphatase; ALP) 활성 평가, 오스테오칼신(osteocalcine; OC)합성량을 3개의 시편에 대해 반복 평가하여 조골세포의 활성을 분석하였다. 친수성 평가를 위한 접촉각 측정 결과, MAO 및 MAO/HT 군이 Polished 군에 비해 높은 친수성을 나타냈고, Polished 군에서는 모든 합금 시편들이 CP-Ti에 비해 친수성이 낮았다. 표면 거칠기 평가에서는 MAO 및 MAO/HT 군이 Polished 군에 비해 2배 이상 높은 표면 거칠기를 보였다. 초기 세포부착 시험에서 총 부착세포의 개체 수는 CP-Ti에 비해 합금 시편들의 표면에서 더 많이 관찰되었으며, CP-Ti, Ti-5Mo, Ti-5Zr 군은 MAO 및 MAO/HT 표면처리 시 Polished 군에 비하여 spread cell은 감소하고 non-spread cell은 증가하는 경향을 보였다. 용출용액을 이용한 MTT 시험 결과, Ti-5Fe-MAO/HT 군의 세포활성도는 대조군에 비해 낮게 나타났고, 다른 모든 실험군은 CP-Ti 대조군과 비슷하거나 더 높은 세포활성도를 보여 금속이온의 용출로 인한 초기 독성은 나타나지 않았다. Ti-5Mo-MAO/HT, Ti-5Sn-MAO/HT, Ti-5Zr-MAO/HT 군들은 3일, 7일째의 ALPase 활성도가 CP-Ti-Polished 군보다 높게 나타났으며, 오스테오칼신 합성량도 14일째에 CP-Ti-MAO/HT 군과 유사한 수준으로 높게 측정되어 골전도성이 향상됨을 알 수 있었다. 이상의 연구결과, MAO 처리한 Ti-5Cr, Ti-5Fe는 동일한 표면처리를 시행한 CP-Ti에 비해 골전도성이 낮아졌다. 그러나 Ti-5Mo, Ti-5Sn, Ti-5Zr은 MAO 또는 MAO/HT 처리에 의해 물성의 개선과 함께 골전도성이 향상되어 향후 임플란트 소재로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.