[논문]다공성 티타늄 임플란트의 생리활성물질 담지특성에 관한 연구

김영훈

doi:10.14347/kadt.2013.35.4.281

다공성 티타늄 임플란트의 생리활성물질 담지특성에 관한 연구
A study of loading property of the bioactive materials in porous Ti implants 원문보기

대한치과기공학회지 = The Journal of Korean Academy of Dental Technology, v.35 no.4, 2013년, pp.281 - 286

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: Surface modification is important techniques in modern dental and orthopedic implants. This study was performed to try embedding of bioactive materials in porous Ti implants. Methods: Porous Ti implant samples were fabricated by sintering of spherical Ti powders in a high vacuum furnace. It's diameter and height were 4mm and 20mm. Embedding process was used to suction and vacuum chamber. Loading properties of porous Ti implants were evaluated by scanning electron microscope(SEM), confocal laser scanning microscope(CLSM), and UV-Vis-NIR spectrophotometer. Results: Internal pore structure was formed fully open pore. Average pore size and porosity were $10.253{\mu}m$ and 17.506%. Conclusion: Porous Ti implant was fabricated successfully by sintering method. Particles are necking strongly each other and others portions were vacancy. This porous structure can be embedded to bioactive materials. Therefore bioactive materials will be able to embedding to porous Ti implants. Bioactive materials embedding in the porous Ti implant will induced new bone faster.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

생리활성물질로 선택한 rhBMP-2는 무색 투명하기 때문에 육안으로는 담지가 되었는지 확인하기가 어렵다. 이를 보완하기 위해 본 실험에서는 녹색 형광 단백질(GFP)을 담지하여 다공성 티타늄 임플란트 담지체의 내부까지 균일하게 GFP(Green Fluorescent Protein)가 담지 되는지 확인하였다. 200㎍/㎖ 농도의 GFP 용액을 suction법을 이용하여 시편에 담지하고 진공 챔버에서 30분간 침지한 채로 유지하였다.
, 2005), 뛰어난 신생골 유도효과들이 보고되고 있다. 이에 본 연구에서는 내부가 완전히 연결된 개기공의 구조를 갖는 다공성 티타늄 임플란트를 제조하고 그 내부 공간에 BMP와같은 생리활성물질의 담지가 가능한지의 여부와 금속 임플란트에 대해서도 생리활성물질 융합소재로서의 개발이 가능한지 알아보고자 한다.

제안 방법

이를 보완하기 위해 본 실험에서는 녹색 형광 단백질(GFP)을 담지하여 다공성 티타늄 임플란트 담지체의 내부까지 균일하게 GFP(Green Fluorescent Protein)가 담지 되는지 확인하였다. 200㎍/㎖ 농도의 GFP 용액을 suction법을 이용하여 시편에 담지하고 진공 챔버에서 30분간 침지한 채로 유지하였다. 24시간 후 CLSM(C1 PLUS, NIKON, USA)으로 GFP가 담지된 시편의 표면과 절단면 그리고 파절면들을 관찰하였다.
200㎍/㎖ 농도의 GFP 용액을 suction법을 이용하여 시편에 담지하고 진공 챔버에서 30분간 침지한 채로 유지하였다. 24시간 후 CLSM(C1 PLUS, NIKON, USA)으로 GFP가 담지된 시편의 표면과 절단면 그리고 파절면들을 관찰하였다. [Fig.
rhBMP-2가 담지된 시편은 3㎖의 PBS가 담긴 바이알 병에 넣고 37℃의 항온기에 보관하였다. 6일 동안 매 24시간마다 용출된 rhBMP-2의 양 을 UV-Vis-NIR Spectrophotometer(UV1012M254, USA)를 이용하여 검출하였으며 시편은 3㎖의 새 PBS 용액으로 교환하였다. 300㎍/㎖의 농도로 희석된 rhBMP-2 용액은 275㎚의 파장에서 3.
다공성 티타늄 임플란트 담지체를 hot & cold mounting하여 금속조직학적 연마 방법에 따라 순차적으로 표면연마를 실시하고 표면 양상을 주사전자현미경(S-4,700, HITACHI, Japan)으로 관찰하였으며, 평균 기공 크기 및 기공율 등은 수은 주입에 의한 기공율 측정기(Auto PoerⅣ, Micromeritics, USA)를 사용하여 확인하였다.
담지체 내부에 생리활성물질의 담지가 가능한지 여부를 파악하기 위해 먼저 GFP(Green Fluorescence Protein) 를 담지하여 공초점레이져주사현미경(CLSM)으로 관찰하였다. 생리활성물질로는 최근에 많은 연구와 보고가 되어있는 rhBMP-2를 선택하여 담지하였고, 담지량은 UV-Vis-NIR Spectrophotometer를 사용하여 측정하였다.
담지체 내부에 생리활성물질의 담지가 가능한지 여부를 파악하기 위해 먼저 GFP(Green Fluorescence Protein) 를 담지하여 공초점레이져주사현미경(CLSM)으로 관찰하였다. 생리활성물질로는 최근에 많은 연구와 보고가 되어있는 rhBMP-2를 선택하여 담지하였고, 담지량은 UV-Vis-NIR Spectrophotometer를 사용하여 측정하였다.
rhBMP-2(GENOSS)를 Phosphate Buffer Solution (PBS)에 300㎍/㎖의 농도로 희석하였고 다공성 티타늄 임플란트 시편에 담지하였다. 최대한 많은 양을 담지하기 위해 GFP와 마찬가지로 1차 담지는 suction법, 2차 담지는 rhBMP-2 용액에 시편을 침지한 상태로 진공챔버에 유지하는 방법을 사용하였다. rhBMP-2가 담지된 시편은 3㎖의 PBS가 담긴 바이알 병에 넣고 37℃의 항온기에 보관하였다.

대상 데이터

다공성 티타늄 임플란트 담지체는 50㎛ 이하의 구형 티타늄 분말을 소결하여 지름 4㎜, 높이 20㎜의 원통형으로 제조하였으며, 인접한 티타늄 입자간에 단단한 neck을 형성하였다.
2) 분말(TLS Technik, Germany)을 내경이 4㎜인 석영(quartz)관에 20㎜ 높이까지 채우고 고진공(10-7torr) 전기로에서 5℃/min의 승온속도로 900℃까지 온도를 상승시켜 2h 동안 유지시키고 로냉한 다음 석영관에서 시편을 분리하고 다시 고진공 전기로에서 5℃/min의 승온속도로 1,200℃까지 온도를 상승시켜 2h 동안 유지한 뒤 서냉하는 2차 소결법에 의해 제작하였다. 시편의 형태는 단순한 디자인의 치과용 임플란트와 유사한 지름 4㎜, 높이 20㎜의 원기둥 형태로 총 40개 제작하였다.
실험에 사용한 시편은 50㎛ 이하의 지름을 갖는 구형의 순수 티타늄(cp Ti, Gr.2) 분말(TLS Technik, Germany)을 내경이 4㎜인 석영(quartz)관에 20㎜ 높이까지 채우고 고진공(10-7torr) 전기로에서 5℃/min의 승온속도로 900℃까지 온도를 상승시켜 2h 동안 유지시키고 로냉한 다음 석영관에서 시편을 분리하고 다시 고진공 전기로에서 5℃/min의 승온속도로 1,200℃까지 온도를 상승시켜 2h 동안 유지한 뒤 서냉하는 2차 소결법에 의해 제작하였다. 시편의 형태는 단순한 디자인의 치과용 임플란트와 유사한 지름 4㎜, 높이 20㎜의 원기둥 형태로 총 40개 제작하였다.

성능/효과

6일 동안 매 24시간마다 용출된 rhBMP-2의 양 을 UV-Vis-NIR Spectrophotometer(UV1012M254, USA)를 이용하여 검출하였으며 시편은 3㎖의 새 PBS 용액으로 교환하였다. 300㎍/㎖의 농도로 희석된 rhBMP-2 용액은 275㎚의 파장에서 3.3270의 흡광도를 나타내었으며 이는 희석용액의 오차를 감안할때 300㎍/㎖의 농도에서 3.0 정도의 흡광도를, 20㎍/㎖ 의 농도에서 0.2 그리고 100㎍/㎖의 농도에서 0.1의 흡광도를 보이며 지수적으로 감소하는 것을 알 수 있었다.
GFP가 시편 내부에 골고루 분포하는 것을 확인하였으며, rhBMP-2 담지량은 24㎍이었다.
가장 많이 분포하고 있는 기공의 크기는 7.904㎛ 였으며, 평균 기공크기는 10.253㎛ 그리고 기공율은 17.506%였다.
다공성 티타늄 임플란트 담지체는 고진공 전기로에서 2차 소결법을 통하여 지름 4㎜에 길이 20㎜의 크기로 제작되었으며 소결 전의 구형 티타늄 분말들은 석영관 내에 충진되어 인접한 입자간에 적절한 neck을 형성하여 튼튼한 소결체를 이루고 있음을 확인하였다(Fig. 1.). 시편을 resin hot mounting한 다음 금속조직학적 연마과정을 통해 단면을 관찰한 결과 [Fig.
0878의 흡광도를 보였으며 2 days 이후로는 아무런 peak가 나타나지 않았다. 따라서 시편 내부에서 방출된 rhBMP-2는 약 8㎍/㎖의 농도임을 알 수 있으며 담지량은 24㎍으로 하루만에 모두 방출된 것으로 판단된다.

후속연구

구형의 티타늄 분말을 소결하여 제조한 다공성 티타늄 임플란트는 탄성율을 인간의 피질골과 유사한 범위까지 낮출 수 있으며 내부에 형성되어있는 다공층에는 생리활성물질을 담지할 수 있고, 임플란트 표면에 형성된 기공들은 골모세포가 부착하여 증식하기에 유리한 환경을 제공할 수 있다. 본 연구에서는 담지된 생리활성물질이 하루만에 모두 방출되는 결과를 보였는데 이를 폴리도파민 코팅 등의 방법으로 좀더 보완하여 서서히 방출시킬 수 있도록 한다면 골유착에 소요되는 시간과 치유기간을 더욱 단축시키고 임플란트 시술의 성공률을 높일 수 있을 것이며, 골 손실이 큰 환자나 골질이 좋지 않은 환자들도 임플란트 시술을 받을 수 있게 될 것이다.
임플란트 소재로 많이 사용되는 티타늄은 물리적 기계적 특성이 우수하고 생체불활성을 지닌다. 이러한 티타늄 원소재에 미분화간엽세포를 골모세포로 분화시키는 골 유도성과 다공성 표면으로의 골 전도성을 증진시킨다면 모든 장점을 갖춘 임플란트가 개발될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	임플란트 표면에 코팅하는 재료로서 생체활성물질의 단점은 무엇인가?	이와같이 초기에는 임플란트의 면적을 넓혀 결합계면을 증가시키는 표면처리법이 주를 이루었으나 임플란트 재료로서 티타늄은 생체활성(bioactive) 이 없기 때문에 이후에는 원소재의 특성인 생체불활성을 넘어서 Hydroxy apatite(HA)와 같은 생체활성물질을 코팅하기에 이르렀다. 그러나 표면에 코팅된 생체활성물질은 코팅되는 양에 한계가 있고 고온의 코팅공정에서 생체활성물질의 변성이 염려되며, 임플란트와 생체활성물질간의 결합력도 약할뿐 아니라 단시간에 생체내로 흡수되어 그 효과의 지속성이 떨어지는 단점이 있으며(Zhao et al., 2006), 이러한 부착체제는 주로 무기질로서 단백체인 BMP-2 등에 비해 골형성 능력이 떨어진다고 보고되었다(Lee et al., 2009).
	임플란트의 원소재인 티타늄 또는 티타늄 합금의 생체적합성은 그것의 어떤 특징에 의하는가?	대부분 임플란트의 원소재로는 티타늄 또는 티타늄 합금 등이 주로 사용되어져 왔으며 이는 원소재의 생체적합성에 큰 비중을 두고 있다. 티타늄의 생체적합성은 안정된 부동태 피막에 의한 것으로 이 부동태 피막이 생체와 이루는 계면이 골유착에 중요하다고 보고 되고 있으며 티타늄과 티타늄 합금은 넓은 면적을 갖는 임플란트에 가장 적합한 재료라고 알려져 있다(Ahn, 2005). 그러나 여기에 멈추지 않고 표면개질에 관한 연구는 꾸준히 진행되고 있다.
	임플란트의 표면개질에 관한 연구로는 어떤 것들이 진행되고 있는가?	그러나 여기에 멈추지 않고 표면개질에 관한 연구는 꾸준히 진행되고 있다. 접촉 면적을 늘리는 방법으로 Ti 플라즈마 분사법, 산 부식법, 샌드 블라스팅법, 양극산화법, 열산화법이 있고 불활성의 Ti 표면에 활성을 부여하기 위한 코팅법, 이온빔 주입법, 용액 침적법 등이 보고되어 있으며(Choi et al., 2003) 복합 표면처리에 관한 연구도 활발히 진행 중이다 (Cho et al., 2008).

참고문헌 (8)

Ahn YB. Studies of porous Ti-6Al-4V implant prototype fabricated by electro-dischargesintering, Dept. of Advanced Materials Engineering, Graduated School, Sejong University, 2004.
Cho YJ, Kim YH, Jang HS, Kang TJ, Lee WH. A Study of Multi-Surface Treatments on the Porous Ti Implant for the Enhancement of Bioactivity. J. Mater. Res., 18(5), 229-234, 2008.
Choi WH, Lee YS, Kim DH, Kwon YH, Bae TS. Characterization of Titanium Oxide Films Containing Ca and P by Anodic Spark Deposition. J. Korean Res. Soc. Dent. Mater., 30(1), 47-54, 2003.
Jansen JA, Vehof JWM, Ruhe PQ, Kroeze- Deutman H, Kuboki Y, Takita H, Hedberg EL, Mikos AG. Growth factor-loaded scaffolds for bone engineering. Journal of Controlled Release, 101, 127-136, 2005.

상세보기
Kim CH, Park CH, Lee IK, Pyo SW. OSTEOGENESIS BY BMP-2 IN ADULT STEM CELL DERIVED FROM BUCCAL FAT PAD. The journal of the korean association of oral maxillofacial surgeons, 34, 412-418, 2008.
Lee KM, Park SW, Lim HP, Koh JT, Kang SS, Kim HS, Park KB, Ryoo GH, Lee KK, Lee DJ. A Recent Research and Development Tendency of Dental Titanium Implant, Trend in Matals & Materials Engineering, 22(4), 33-40, 2009.
Oh KT, Kim CS, Khang G, Park YS. Porous S32050-coated Implant for Biological Fixation, Biomaterials Research, 2(3), 122-133, 1998.
Zhao YT, Zhang Z, Dai QX, Lin DY, Li SM. Microstructure and bond strength of HA(+ZrO2+Y2O3)/Ti6Al4V composite coatings fabricated by RF magnetron sputtering. Surface & Coating Technology, 200(18-19), 5354-5363, 2006.

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증