연구목적: 최근 치과용 임플란트의 임상 경향이 전체 치료기간을 줄일 수 있는 방법에 관심이 집중됨에 따라 불활성의 티타늄 임플란트 표면에 활성을 부여하기 위한 다양한 표면처리 방법이 검토되고 있다. 본 연구에서는 높은 강도가 요구되는 부위의 임플란트 재료로서 사용되고 있지만 표면 특성이 순 티타늄에 비해 떨어지는 Ti-6Al-4V 합금의 골전도성을 개선할 목적으로 시행되었다. 연구 재료 및 방법: $20{\times}10{\times}2\;mm$의 Ti-6Al-4V 합금판을 준비한 다음 $TiO_2$ 나노튜브를 형성하기 위해 DC 정전원 장치의 양극과 음극에 각각 시편과 백금판을 결선하고 0.5 M $Na_2SO_4$와 1.0 wt% NaF를 함유하는 전해액을 사용하여 전압 20 V와 전류밀도$30\;㎃/cm^2$ 조건에서 2시간 동안 양극산화 처리하였다. $TiO_2$ 나노튜브 형성 후 산화 피막층의 결정화를 유도하기 위해 $600^{\circ}C$에서 2시간 동안 열처리하였고, 표면활성도를 개선하기 위해 0.5 M $Na_2HPO_4$ 수용액 24시간 침적과 $Ca(OH)_2$ 포화 수용액에 5시간 침적을 시행하였다. 준비한 시편의 표면 반응성을 조사하기 위해 pH와 무기이온의 농도를 사람의 혈장과 유사하게 조절한 Hanks 용액 (H2387, Sigma Chemical Co., USA)에 2주간 침적하였다. 결과: 20 V에서의 양극산화처리로 직경 48.0 - 65.0 ㎚ 범위의 무정형의 $TiO_2$ 나노튜브가 전체 표면에 걸쳐서 균일하게 생성되는 양상을 보였다. $TiO_2$ 나노튜브는 $600^{\circ}C$에서 2시간 열처리 후 상대적으로 강한 anatase 피크와 함께 rutile 피크가 관찰되었다. $TiO_2$ 나노튜브의 표면활성도는 0.5 M $Na_2HPO_4$ 수용액 24시간 침적과 $Ca(OH)_2$ 포화수용액에 5시간 침적으로 개선되었다. 열처리와 전석회화 처리 후 SBF에 침적한 결과, $TiO_2$ rutile 피크의 상대적 강도는 크게 증가되었지만 HA의 석출은 저하되는 경향을 보였다. 결론: 이상의 결과로 미루어 볼 때, 양극산화 처리한 $TiO_2$ 나노튜브는 $600^{\circ}C$에서의 열처리에 의해 피막층이 안정화되고, 0.5 M $Na_2HPO_4$ 수용액 24시간 침적과 $Ca(OH)_2$ 포화수용액에 5시간 침적으로 표면에 인산칼슘층을 형성하는 것이 표면활성도를 개선하는데 유효함을 알 수 있었다.
연구목적: 최근 치과용 임플란트의 임상 경향이 전체 치료기간을 줄일 수 있는 방법에 관심이 집중됨에 따라 불활성의 티타늄 임플란트 표면에 활성을 부여하기 위한 다양한 표면처리 방법이 검토되고 있다. 본 연구에서는 높은 강도가 요구되는 부위의 임플란트 재료로서 사용되고 있지만 표면 특성이 순 티타늄에 비해 떨어지는 Ti-6Al-4V 합금의 골전도성을 개선할 목적으로 시행되었다. 연구 재료 및 방법: $20{\times}10{\times}2\;mm$의 Ti-6Al-4V 합금판을 준비한 다음 $TiO_2$ 나노튜브를 형성하기 위해 DC 정전원 장치의 양극과 음극에 각각 시편과 백금판을 결선하고 0.5 M $Na_2SO_4$와 1.0 wt% NaF를 함유하는 전해액을 사용하여 전압 20 V와 전류밀도 $30\;㎃/cm^2$ 조건에서 2시간 동안 양극산화 처리하였다. $TiO_2$ 나노튜브 형성 후 산화 피막층의 결정화를 유도하기 위해 $600^{\circ}C$에서 2시간 동안 열처리하였고, 표면활성도를 개선하기 위해 0.5 M $Na_2HPO_4$ 수용액 24시간 침적과 $Ca(OH)_2$ 포화 수용액에 5시간 침적을 시행하였다. 준비한 시편의 표면 반응성을 조사하기 위해 pH와 무기이온의 농도를 사람의 혈장과 유사하게 조절한 Hanks 용액 (H2387, Sigma Chemical Co., USA)에 2주간 침적하였다. 결과: 20 V에서의 양극산화처리로 직경 48.0 - 65.0 ㎚ 범위의 무정형의 $TiO_2$ 나노튜브가 전체 표면에 걸쳐서 균일하게 생성되는 양상을 보였다. $TiO_2$ 나노튜브는 $600^{\circ}C$에서 2시간 열처리 후 상대적으로 강한 anatase 피크와 함께 rutile 피크가 관찰되었다. $TiO_2$ 나노튜브의 표면활성도는 0.5 M $Na_2HPO_4$ 수용액 24시간 침적과 $Ca(OH)_2$ 포화수용액에 5시간 침적으로 개선되었다. 열처리와 전석회화 처리 후 SBF에 침적한 결과, $TiO_2$ rutile 피크의 상대적 강도는 크게 증가되었지만 HA의 석출은 저하되는 경향을 보였다. 결론: 이상의 결과로 미루어 볼 때, 양극산화 처리한 $TiO_2$ 나노튜브는 $600^{\circ}C$에서의 열처리에 의해 피막층이 안정화되고, 0.5 M $Na_2HPO_4$ 수용액 24시간 침적과 $Ca(OH)_2$ 포화수용액에 5시간 침적으로 표면에 인산칼슘층을 형성하는 것이 표면활성도를 개선하는데 유효함을 알 수 있었다.
Statement of problem: Recently precalcification treatment has been studied to shorten the period of the implant. Purpose: This study was performed to evaluate the effect of precalcification treatment of $TiO_2$ Nanotube formed on Ti-6Al-4V Alloy. Material and methods: Specimens of $2...
Statement of problem: Recently precalcification treatment has been studied to shorten the period of the implant. Purpose: This study was performed to evaluate the effect of precalcification treatment of $TiO_2$ Nanotube formed on Ti-6Al-4V Alloy. Material and methods: Specimens of $20{\times}10{\times}2\;mm$ in dimensions were polished sequentially from #220 to #1000 SiC paper, ultrasonically washed with acetone and distilled water for 5 min, and dried in an oven at $50^{\circ}C$ for 24 hours. The nanotubular layer was processed by electrochemical anodic oxidation in electrolytes containing 0.5 M $Na_2SO_4$ and 1.0 wt% NaF. Anodization was carried out using a regulated DC power supply (Kwangduck FA, Korea) at a potential of 20 V and current density of $30\;㎃/cm_2$ for 2 hours. Specimens were heat-treated at $600^{\circ}C$ for 2 hours to crystallize the amorphous $TiO_2$ nanotubes, and precalcified by soaking in $Na_2HPO_4$ solution for 24 hours and then in saturated $Ca(OH)_2$ solution for 5 hours. To evaluate the bioactivity of the precalcified $TiO_2$ nanotube layer, hydroxyapatite formation was investigated in a Hanks' balanced salts solution with pH 7.4 at $36.5^{\circ}C$ for 2 weeks. Results: Vertically oriented amorphous $TiO_2$ nanotubes of diameters 48.0 - 65.0 ㎚ were fabricated by anodizing treatment at 20 V for 2 hours in an 0.5 M $Na_2SO_4$ and 1.0 NaF solution. $TiO_2$ nanotubes were composed with strong anatase peak with presence of rutile peak after heat treatment at $600^{\circ}C$. The surface reactivity of $TiO_2$ nanotubes in SBF solution was enhanced by precalcification treatment in 0.5 M $Na_2HPO_4$ solution for 24 hours and then in saturated $Ca(OH)_2$ solution for 5 hours. The immersion in Hank's solution for 2 weeks showed that the intensity of $TiO_2$ rutile peak increased but the surface reactivity decreased by heat treatment at $600^{\circ}C$. Conclusion: This study shows that the precalcified treatment of $TiO_2$ Nanotube formed on Ti-6Al-4V Alloy enhances the surface reactivity.
Statement of problem: Recently precalcification treatment has been studied to shorten the period of the implant. Purpose: This study was performed to evaluate the effect of precalcification treatment of $TiO_2$ Nanotube formed on Ti-6Al-4V Alloy. Material and methods: Specimens of $20{\times}10{\times}2\;mm$ in dimensions were polished sequentially from #220 to #1000 SiC paper, ultrasonically washed with acetone and distilled water for 5 min, and dried in an oven at $50^{\circ}C$ for 24 hours. The nanotubular layer was processed by electrochemical anodic oxidation in electrolytes containing 0.5 M $Na_2SO_4$ and 1.0 wt% NaF. Anodization was carried out using a regulated DC power supply (Kwangduck FA, Korea) at a potential of 20 V and current density of $30\;㎃/cm_2$ for 2 hours. Specimens were heat-treated at $600^{\circ}C$ for 2 hours to crystallize the amorphous $TiO_2$ nanotubes, and precalcified by soaking in $Na_2HPO_4$ solution for 24 hours and then in saturated $Ca(OH)_2$ solution for 5 hours. To evaluate the bioactivity of the precalcified $TiO_2$ nanotube layer, hydroxyapatite formation was investigated in a Hanks' balanced salts solution with pH 7.4 at $36.5^{\circ}C$ for 2 weeks. Results: Vertically oriented amorphous $TiO_2$ nanotubes of diameters 48.0 - 65.0 ㎚ were fabricated by anodizing treatment at 20 V for 2 hours in an 0.5 M $Na_2SO_4$ and 1.0 NaF solution. $TiO_2$ nanotubes were composed with strong anatase peak with presence of rutile peak after heat treatment at $600^{\circ}C$. The surface reactivity of $TiO_2$ nanotubes in SBF solution was enhanced by precalcification treatment in 0.5 M $Na_2HPO_4$ solution for 24 hours and then in saturated $Ca(OH)_2$ solution for 5 hours. The immersion in Hank's solution for 2 weeks showed that the intensity of $TiO_2$ rutile peak increased but the surface reactivity decreased by heat treatment at $600^{\circ}C$. Conclusion: This study shows that the precalcified treatment of $TiO_2$ Nanotube formed on Ti-6Al-4V Alloy enhances the surface reactivity.
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문제 정의
본 연구는 고강도 임플란트 재료로서 사용되고 있는 Ti-6Al-4V 합금의 골전도성을 개선할 목적으로, 0.5 M Na2SO4와 1.0 wt% NaF를 함유하는 전해액에서 전압 20 V 와 전류밀도 30 ㎃/㎠ 조건에서 2시간 동안 양극산화 처리하여 TiO2 나노튜브 형성하고, 600℃에서 2시간 열처리 및 0.5 M Na2HPO4 수용액 24시간 침적과 Ca(OH)2 포화 수용액에 5시간 침적을 한 다음 표면활성도를 조사하기 위해 Hanks 용액에 2주간 침적한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 높은 외력이 작용하는 부위의 임플란트 재료로서 사용되고 있지만 생체적합성과 골전도성의 측면에서 순 티타늄에 비해 떨어지는 Ti-6Al-4V 합금의 표면에 양극산화에 의해 TiO2 나노튜브를 형성한 다음 피막층의 안정화와 골유착 특성을 개선하기 위해 열처리와 전석회화 처리를 시행하고 유사체액 침적시험을 통하여 표면활성도를 조사한 다음 그 결과를 보고하는 바이다.
제안 방법
나노튜브의 형태학적 미세구조를 전계방사주사전자현미경 (Field Emission Scanning Electron Microscope: FESEM, S800, Hitachi, Japan)으로 관찰하였고, 표면처리한 시편의 피막층에 존재하는 원소의 결정구조를 X-선 회절기 (DmaxIII-A type, Rigaku, Japan)로 조사하였다. 또한 2주간의 SBF 침적 후 표면 층에서 골유사 아파타이트의 석출 양상을 주사전자현미경 (Scanning Electron Microscope: SEM, JSM-5800, JEOL, Japan)으로 관찰하였다.
표면처리 후 표면 활성도를 조사하기 위해 pH와 무기 이온의 농도를 사람의 혈장과 유사하게 조절한 수용액 (simulated body fluid: SBF)에 시편을 2주간 침적한 다음 골유사 아파타이트의 석출 양상을 조사하였다. 모든 시편을 121℃에서 20분 동안 고압멸균한 다음 SBF에 침적하고 37℃, 5% CO2 분위기의 배양기에서 2주간 유지하였으며, 시험과정에서 용액의 농도변화를 억제하기 위해 3일 간격으로 교환하였다. SBF는 Hanks 용액 (H2387, Sigma Chemical Co, USA)에 calcium chloride dihydrate 0.
양극산화 TiO2 나노튜브 형성 후 산화 피막층의 안정화를 유도하기 위해 600℃에서 2시간 동안 열처리하였으며, 표면활성도를 개선하기 위해 0.5 M Na2HPO4 수용액에 24시간 동안 침적한 다음 Ca(OH)2 포화 수용액에 5시간 동안 침적하였다.
시편의 표면을 균일화하기 위해 #220 - #1000의 SiC 연마지로 순차적으로 연마하였고, 알콜과 아세톤 용액에서 각각 5분간 초음파 세척하였으며, 시험이 이루어질 때까지 50℃의 건조기에 24시간 이상 보관하였다. 양극산화 처리 전 준비한 시편을 5 wt% HF 수용액에 5초간 침적하여 산세 처리한 다음 0.5 mol/L Na2SO4와 1.0 wt% NaF를 함유하는 전해액을 사용하여 전압 20 V와 전류밀도 30 ㎃/㎠ 조건에서 2시간 동안 양극산화 처리하여 TiO2 나노튜브를 형성하였다.
양극산화 처리 후 생성된 TiO2 나노튜브의 형태학적 미세구조를 전계방사주사전자현미경 (Field Emission Scanning Electron Microscope: FESEM, S800, Hitachi, Japan)으로 관찰하였고, 표면처리한 시편의 피막층에 존재하는 원소의 결정구조를 X-선 회절기 (DmaxIII-A type, Rigaku, Japan)로 조사하였다. 또한 2주간의 SBF 침적 후 표면 층에서 골유사 아파타이트의 석출 양상을 주사전자현미경 (Scanning Electron Microscope: SEM, JSM-5800, JEOL, Japan)으로 관찰하였다.
표면처리 후 표면 활성도를 조사하기 위해 pH와 무기 이온의 농도를 사람의 혈장과 유사하게 조절한 수용액 (simulated body fluid: SBF)에 시편을 2주간 침적한 다음 골유사 아파타이트의 석출 양상을 조사하였다. 모든 시편을 121℃에서 20분 동안 고압멸균한 다음 SBF에 침적하고 37℃, 5% CO2 분위기의 배양기에서 2주간 유지하였으며, 시험과정에서 용액의 농도변화를 억제하기 위해 3일 간격으로 교환하였다.
대상 데이터
본 연구에서 시편은 20 × 10 × 2 mm의 Ti-6Al-4V 합금판 (Kobe Steel Ltd, Japan)을 사용하였다.
성능/효과
0.5 M Na2SO4와 1.0 wt% NaF를 함유하는 전해액에서 전압 20 V와 전류밀도 30 ㎃/㎠ 조건으로 2시간 동안 양극산화처리한 시편의 표면을 FESEM으로 관찰한 사진에서는 직경 48.0 - 65.0 ㎚ 범위의 상대적으로 균일한 TiO2 나노튜브가 생성된 양상을 보였다 (Fig. 1). 양극산화 TiO2 나노튜브 형성과 600℃에서 2시간 열처리한 시편의 X-선 회절분석 결과, 양극산화처리만을 실시한 시편의 경우에는 산화 피막층의 구조가 무정형으로 나타났지만 600℃에서 2시간 열처리한 시편의 경우에는 상대적으로 강한 anatase peak와 함께 rutile peak가 관찰되었다 (Fig.
1. 20 V에서의 양극산화처리로 직경 48.0 - 65.0 ㎚ 범위의 무정형의 TiO2 나노튜브가 전체 표면에 걸쳐서 균일하게 생성되는 양상을 보였다.
2. TiO2 나노튜브는 600℃에서 2시간 열처리 후 상대적으로 강한 anatase 피크와 함께 rutile 피크가 관찰되었다.
3. TiO2 나노튜브의 표면활성도는 0.5 M Na2HPO4 수용액 24시간 침적과 Ca(OH)2 포화수용액에 5시간 침적으로 개선되었다.
4. 열처리와 전석회화 처리 후 SBF 용액에 침적한 결과, TiO2 rutile 피크의 상대적 강도는 크게 증가되었지만 HA의 석출은 저하되는 경향을 보였다.
6 생체활성의 수산화인회석 (hydroxyapatite: HA)을 plasma spray coating 하는 방법은 임플란트 매식 초기의 골유착을 촉진하는 결과를 보였지만 쉽게 박리가 일어나기 어려운 얇은 두께의 코팅 층을 형성하는 것이 용이하지 않고, 코팅 층의 조성과 구조를 제어하기가 어려우며, 티타늄 기지와의 계면에서 강한 결합을 얻는 것이 어려워서 장기간 사용 시 그 성공률이 떨어지는 단점을 보였다.
2). TiO2 나노튜브를 형성한 시편군과 나노튜브 형성 후 600℃에서 열처리한 시편군을 대상으로 하여 0.5 M Na2HPO4수용액과 Ca(OH)2 포화 수용액에 침적하여 전석회화 처리를 실시한 다음 SBF 용액에 2주간 침적하여 표면활성도를 조사한 결과, 전석회화 처리하지 않은 시편들의 경우에는 표면층에서 뚜렷한 HA의 석출을 보이지 않았고 단지 600℃로 열처리하는 과정에서 양극산화에 의해 생성한 TiO2 나노튜브층 구조가 변화된 양상을 보였다 (Fig. 4). 전석회화 처리한 시편들의 HA 석출 양상은 열처리 하지 않고 전석회화 처리한 시편에서 보다 촉진되는 양상을 보였지만, SBF 침적 후 나타나는 산화피막층의 안정화와 두께 증가는 무처리 시편에 비해 열처리 시편에서 보다 두드러진 양상을 보였다 (Fig.
전석회화 처리한 시편들의 HA 석출 양상은 열처리하지 않고 전석회화 처리한 시편에서 보다 촉진되는 양상을 보였는데, 이는 불안정한 TiO2 무정형 구조가 보다 안정한 anatase와 rutile 구조에 비해서 더 높은 반응성을 보였기 때문으로 생각된다. 또한 전석회화 처리하지 않은 시편들의 경우에는 표면층에서 뚜렷한 HA의 석출을 보이지 않았고 단지 600℃로 열처리하는 과정에서 양극산화에 의해 생성한 TiO2 나노튜브층 구조가 변화된 양상을 보였다. 전석회화 처리한 시편들의 HA 석출 양상은 열처리 하지 않고 전석회화 처리한 시편에서 보다 촉진되는 양상을 보였지만, SBF 침적 후 나타나는 산화피막층의 안정화와 두께 증가는 무처리 시편에 비해 열처리 시편에서 보다 두드러진 양상을 보였다.
2 M/L C6H8O7을 첨가하여 전해액을 준비한 다음 순 티타늄을 양극산화 처리하였을 때 2시간 처리 시까지는 나노튜브 길이의 증가를 보인다고 하였다. 본 연구에서 0.5 M Na2SO4와 1.0 wt% NaF 를 함유하는 전해질 수용액에서 전압 20 V와 전류밀도 30 ㎃/㎠ 조건에서 2시간 동안 양극산화 처리한 결과, 직경 48.0 - 65.0 ㎚ 범위의 TiO2 나노튜브가 전체 표면에 걸쳐서 균일하게 생성된 양상을 보였다.
티타늄 표면층에는 무정형, anatase, brookite, rutile 구조의 산화물이 공존할 수 있으며, 일반적으로 안정한 rutile 구조가 주된 산화물로 알려져 있다. 본 연구에서 Ti-6Al-4V 합금을 20 V 전압 하에서 양극산화 처리한 결과 무정형의 TiO2 나노튜브 층이 생성되었고, 이것을 600℃에서 2시간 열처리하였을 때 rutile 구조를 포함하는 anatase 구조로의 결정화가 일어났다. 전석회화 처리를 시행하지 않고 SBF에 침적한 시편들의 경우에 표면층에서 뚜렷한 HA의 석출을 보이지 않았으며, 이것으로 미루어 산화피 막층에 인산칼슘층을 형성하는 것이 표면활성도 개선에 크게 기여함을 알 수 있었다.
Wen 등15 은 산염기 처리에 의한 산화 티타늄 표면의 전석회화 처리는 SCS (supersaturated calcification solution)에서 CPL (calcium phosphate layer)의 침전을 가속화시키는데 효과적이라고 하였다. 본 연구에서 TiO2 나노튜브의 표면활성도를 개선하기 위해 0.5 M Na2HPO4 수용액에 24시간 동안 침적한 다음 Ca(OH)2 포화수용액에 5시간 동안 침적하여 표면에 인산칼슘의 흡착층을 형성한 다음 SBF 용액에 2주간 침적한 결과 표면층에서 HA의 석출을 관찰할 수 있었다. Kokubo 등16 , Kim 등17 은 생체활성의 글라스나 apatitewollastonate (A - W) 글라스 세라믹은 유사체액 중에서 활성을 나타내어 표면에서 HA 결정의 석출이 빠르게 일어난다고 하였다.
1). 양극산화 TiO2 나노튜브 형성과 600℃에서 2시간 열처리한 시편의 X-선 회절분석 결과, 양극산화처리만을 실시한 시편의 경우에는 산화 피막층의 구조가 무정형으로 나타났지만 600℃에서 2시간 열처리한 시편의 경우에는 상대적으로 강한 anatase peak와 함께 rutile peak가 관찰되었다 (Fig. 2). TiO2 나노튜브를 형성한 시편군과 나노튜브 형성 후 600℃에서 열처리한 시편군을 대상으로 하여 0.
나노튜브층을 안정화시킬 수 있지만 표면 활성도는 열처리를 하지 않은 무정형 구조에서 보다 촉진되는 결과를 나타냈다. 열처리 유무에 상관없이 나노튜브를 형성하고 전석회화 처리 후 SBF에 2주간 침적한 시편에서 표면에 HA의 석출이 촉진된 양상을 보였으며 전석회화 처리하지 않고 SBF에 침적한 경우 HA석출로 인한 뚜렷한 변화가 나타나지 않아 전석회화 처리 후 재료의 활성도가 증가됨을 알 수 있다.
이상의 결과로 미루어 볼 때 600℃에서 2시간 열처리로 TiO2 나노튜브층을 안정화시킬 수 있지만 표면 활성도는 열처리를 하지 않은 무정형 구조에서 보다 촉진되는 결과를 나타냈다. 열처리 유무에 상관없이 나노튜브를 형성하고 전석회화 처리 후 SBF에 2주간 침적한 시편에서 표면에 HA의 석출이 촉진된 양상을 보였으며 전석회화 처리하지 않고 SBF에 침적한 경우 HA석출로 인한 뚜렷한 변화가 나타나지 않아 전석회화 처리 후 재료의 활성도가 증가됨을 알 수 있다.
이상의 결과로 미루어 볼 때, 양극산화 처리한 TiO2 나노튜브는 600℃에서의 열처리에 의해 피막층이 안정화되고 전석회화 처리에 의해 표면활성도가 유효하게 개선됨을 알 수 있었다.
본 연구에서 Ti-6Al-4V 합금을 20 V 전압 하에서 양극산화 처리한 결과 무정형의 TiO2 나노튜브 층이 생성되었고, 이것을 600℃에서 2시간 열처리하였을 때 rutile 구조를 포함하는 anatase 구조로의 결정화가 일어났다. 전석회화 처리를 시행하지 않고 SBF에 침적한 시편들의 경우에 표면층에서 뚜렷한 HA의 석출을 보이지 않았으며, 이것으로 미루어 산화피 막층에 인산칼슘층을 형성하는 것이 표면활성도 개선에 크게 기여함을 알 수 있었다. 전석회화 처리한 시편들의 HA 석출 양상은 열처리하지 않고 전석회화 처리한 시편에서 보다 촉진되는 양상을 보였는데, 이는 불안정한 TiO2 무정형 구조가 보다 안정한 anatase와 rutile 구조에 비해서 더 높은 반응성을 보였기 때문으로 생각된다.
4). 전석회화 처리한 시편들의 HA 석출 양상은 열처리 하지 않고 전석회화 처리한 시편에서 보다 촉진되는 양상을 보였지만, SBF 침적 후 나타나는 산화피막층의 안정화와 두께 증가는 무처리 시편에 비해 열처리 시편에서 보다 두드러진 양상을 보였다 (Fig. 3, 5).
또한 전석회화 처리하지 않은 시편들의 경우에는 표면층에서 뚜렷한 HA의 석출을 보이지 않았고 단지 600℃로 열처리하는 과정에서 양극산화에 의해 생성한 TiO2 나노튜브층 구조가 변화된 양상을 보였다. 전석회화 처리한 시편들의 HA 석출 양상은 열처리 하지 않고 전석회화 처리한 시편에서 보다 촉진되는 양상을 보였지만, SBF 침적 후 나타나는 산화피막층의 안정화와 두께 증가는 무처리 시편에 비해 열처리 시편에서 보다 두드러진 양상을 보였다. 또한 열처리와 전석회화 처리 후 SBF에 침적한 시편의 경우에는 산화 피막 층에서 rutile peak의 상대적 강도가 큰 폭으로 증가하는 경향을 보였는데, 이는 2주간의 SBF 침적 중 산화피막층의 안정화와 함께 두께가 증가 되었기 때문으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
티타늄 임플란트에 적용되는 극산화처리법의 장점은 무엇인가?
극산화처리법은 표면 형상에 관계없이 균일한 두께의 피막층을 얻을 수 있고, 전압과 전류, 전해질 조성, 전류밀도 등과 같은 공정 인자의 조절에 의해서 산화 피막 층의 두께와 특성을 조절할 수 있을 뿐만 아니라 경제적이라는 점 등의 장점을 갖고 있다.7-9 양극산화에 의해 생성된 TiO2 나노튜브층은 티타늄과 화학적 결합을 이루고 있으므로 HA를 물리적으로 코팅 처리한 경우와는 달리 하부 기판과의 사이에 높은 결합력을 나타낸다. 매식한 임플란트의 골유착이 일어나는 과정에서 임플란트 표면에 생성되는 HA나 콜라겐 등은 나노구조를 이루고 있으므로 임플란트 표면을 나노 구조로 형성하는 것이 골유착에 보다 유리할 것으로 평가되고 있다.10
티타늄은 산화층으로 인해 어떤 단점을 지니는가?
일반적으로 티타늄의 이러한 생체적합성은 표면에 있는 산화층에 기인한다고 알려져 있다. 그러나 이 산화층은 매우 안정하여 티타늄이 생체불활성의 특성을 나타내도록 하며,1 이로 인해 골과의 결합이 일어나기까지 오랜 시간이 소요되는 단점이 있다. 이러한 이유로 티타늄과 그 합금의 생체활성도를 향상시키기 위한 많은 표면 처리방법이 연구되어져 왔다.
티타늄 임플란트의 표면처리 방법 중 HA를 plasma spray coating 하는 방법은 어떤 단점을 보였는가?
6 이들 표면개질 (surface modification) 방법들 중의 일부는 조절 가능한 표면 특성을 나타내지 못했을 뿐만 아니라 표면에 잔여물질이 남아서 조골세포 (osteoblast)의 기능에 해로운 영향을 미치는 것 등이 보고된 바 있다.6 생체활성의 수산화인회석 (hydroxyapatite: HA)을 plasma spray coating 하는 방법은 임플란트 매식 초기의 골유착을 촉진하는 결과를 보였지만 쉽게 박리가 일어나기 어려운 얇은 두께의 코팅 층을 형성하는 것이 용이하지 않고, 코팅 층의 조성과 구조를 제어하기가 어려우며, 티타늄 기지와의 계면에서 강한 결합을 얻는 것이 어려워서 장기간 사용 시 그 성공률이 떨어지는 단점을 보였다.7 이러한 단점들을 극복하기 위해 여러 가지의 방법들이 검토되고 있으며, 그중의 하나로서 양극산화법이 주목을 받고 있다.
참고문헌 (20)
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