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문제 정의
- 이 기술을 적용하면 우수한 압축강도(70 MPa)와 파괴인성(3 MPa·m1/2 이하)을 갖는 다공성 생체세라믹 임플란트 소재의 개발뿐만 아니라, 빠른 조직 재생유도(90% 이상의 cell viability)와 약물 방출을 제어할 수 있는 임플란트 표면 복합화 코팅기술 개발 등 제반 기술력 확보를 통한 기존 소재의 임계성능 향상을 가능하게 한다. 또한, 생체비이식 소재인 분리/진단 소재의 경우에는 삶의 질 향상 및 참살이 뿐만 아니라 LOHAS를 위한 생체분자의 초고속/고효율 분리 및 고감도 검출/진단 기술 개발을 목표로 하는 기술이다. 개발 기술 측면에서 보면 분리능이 우수한 세라믹 소재에 자성 나노소재와의 복합화 코팅을 통한 초고속/고효율 분리기능 부여 및 세라믹 소재 표면에서의 고효율 바이오 인터페이싱 기술을 부여하여 고감도 검출/진단이 가능한 신기능 소재기술개발을 통하여 고부가가치의 미래시장을 창출하는 핵심 원천기술이다.
- 사회의 노령화에 따른 고령인구 비율의 급속한 증가 및 고속성장 산업에 기인한 산업재해의 증가로 인체 뼈 및 치아 등 경조직 관련 질환 및 골절로 인한 골 손실이 급격히 증가하므로, 손상된 뼈 및 치아를 대체 또는 재생시킬 수 있는 임플란트용 생체활성 세라믹 소재의 확보는 무엇보다도 중요하다. 바이오 산업의 국가경쟁력을 확보하기 위한 핵심소재 개발 기술로서, 본 연구에서는 저온 복합화 코팅을 통해 생체분자의 성능을 유지하며 생체세라믹 소재에 접목하여 생체세라믹 소재의 기능 최적화를 목표로 하고 있다. 이는 기존의 passive coating 기술과는 차별되는 기술이며, 원천적인 세라믹 소재 기술 및 소재-바이오분자 interfacing의 최적화를 위한 원천 소재를 설계하고 기능을 향상시키기 위한 연구를 수행하고 있다.
- 본 세부과제에서는 세라믹 소재의 큰 장점인 분리 기능을 생체시료에 접목시킨 고속/고효율 생체분자 분리소재는 기존 컬럼방식을 탈피한 무컬럼 실시간 다중시료 분리를 위해 신규 자성나노다공성 세라믹 입자 및 세라믹 자성 나노바 소재를 개발한 후 생체분자와 저온 복합화 코팅을 한 후 dark-field 또는 fluorescence를 이용한 실시간 선별분리가 가능한 패키징화 기술 및 제품을 개발하고자 한다.
- 본 세부과제의 최종 목표는, 저가의 안정한 “저온 복합화 코팅 공정” 개발을 통해, 자연 모방구조를 갖는 고강도, 기능성 세라믹 임플란트 뿐만 아니라 금속, 폴리머, 또는 복합체의 표면을 생체활성 나노세라믹, 성장인자 및 약물로 기능화 하여 예측 가능하며 빠른 조직 재생을 유도할 수 있는 지능형 임플란트 소재 개발을 위한 “임플란트용 생체활성 코팅 세라믹 소재기술” 확립이다.
- 본 연구과제에서는 다양한 세라믹 소재를 이용한 바이오진단 및 분석을 위한 소재의 개발을 목표로 하고 있고, 이의 달성을 통해 기존의 바이오칩/센서 및 디바이스용 재료를 이용했을 때 보다 비용에 있어서 저가이며 생체분자의 열적, 환경적 안정성뿐만 아니라 민감도, 재현성 등에서도 뛰어난 특성을 나타내는 세라믹 소재를 바이오센서 및 소자에 응용하는 것을 목표로 하고 있다.
- 특히, 본 연구에서는 생체활성 나노세라믹, 성장인자, 약물이 함유된 복합체를 각 성분의 저하 없이 “저온”에서 복합 코팅할 수 있는 신기술을 개발하여, 임플란트 표면을 생체활성이 뛰어난 나노세라믹 입자나 성장인자를 고정화시켜 빠른 골 재생 및 치유를 유도하고, 약물의 표면 고정화를 통해 임플란트 표면으로부터의 제어된 방출 특성을 갖는 고기능성, 지능형 성장인자/약물 방출형 임플란트 소재를 개발하고자 한다. 이를 위해, 저온에서 나노세라믹과 성장인자/약물을 복합화/코팅할 수 있는 원천 기술 및 관련 제반 기술을 개발하고자 한다.
- 특히, 본 연구에서는 생체활성 나노세라믹, 성장인자, 약물이 함유된 복합체를 각 성분의 저하 없이 “저온”에서 복합 코팅할 수 있는 신기술을 개발하여, 임플란트 표면을 생체활성이 뛰어난 나노세라믹 입자나 성장인자를 고정화시켜 빠른 골 재생 및 치유를 유도하고, 약물의 표면 고정화를 통해 임플란트 표면으로부터의 제어된 방출 특성을 갖는 고기능성, 지능형 성장인자/약물 방출형 임플란트 소재를 개발하고자 한다.
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