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성능/효과
- 최근에는 물리적으로 매우 안정되고 강하다고 알려진 carbon 계열의 나노입자(carbon nano tube, graphene)를 UHMWPE와 혼합하여 사용하려는 연구들도 시도되고 있다. Carbon 나노입자와 혼합된 UHMWPE 복합재료는 기계적 강성과 관련된 모든 수치가 월등히 상승하는 결과를 보여주었다. 특히 재료의 마모 특성은 나노입자들로 인해 표면 마찰계수는 증가하였으나, 향상된 강성에 의해 결과적으로 마모율(wear rate)이 감소하는 효과를 나타내었다(그림 4).
- 이처럼 gamma radiation을 통한 폴리머 재료의 산화를 방지하기 위하여, UHMWPE 파우더에 vitamin-E를 혼합하여 인공관절의 폴리머부를 제작함으로써 재료의 내산화성을 향상시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. Vitamin-E를 혼합한 UHMWPE에서는 crosslinking이 줄어들어 많은 양의 방사선 조사가 필요하지만, 재료의 피로강도는 향상되는 것이 관찰되었다. 또한 다양한 in vitro 및 in vivo 실험에서 vitamin-E를 혼합한 UHMWPE의 마모 debris가 기존의 UHMWPE 재료와 비교하여 체내에 미치는 유해한 영향이 미미한 것으로 나타나 안전성 측면에서도 장점이 있다.
- Carbon 나노입자와 혼합된 UHMWPE 복합재료는 기계적 강성과 관련된 모든 수치가 월등히 상승하는 결과를 보여주었다. 특히 재료의 마모 특성은 나노입자들로 인해 표면 마찰계수는 증가하였으나, 향상된 강성에 의해 결과적으로 마모율(wear rate)이 감소하는 효과를 나타내었다(그림 4). 다만, carbon 나노입자가 체내에 흡수되어 주변 조직에 나타날 피해와 독성에 대한 연구는 지속적으로 진행되어야 할 것이다.
후속연구
- 하지만, 인공관절의 수명이 종료된 후 새로운 인공관절로 대체하기 위한 재수술이 어려운 경우가 많아, 한번 시술한 인공관절의 수명을 향상시키는 것이 필수적인 요소이다. 다가올 미래에는 인공관절의 재료에 대한 연구가 더욱 발전하여 인공관절의 수명이 영구화되고, 마모 debris에 따른 부작용이 최소화된 인공관절의 개발을 기대해본다.
- 특히 재료의 마모 특성은 나노입자들로 인해 표면 마찰계수는 증가하였으나, 향상된 강성에 의해 결과적으로 마모율(wear rate)이 감소하는 효과를 나타내었다(그림 4). 다만, carbon 나노입자가 체내에 흡수되어 주변 조직에 나타날 피해와 독성에 대한 연구는 지속적으로 진행되어야 할 것이다.
- 이렇듯 현재 개발된 다양한 소재의 인공관절은 개별적으로 우수한 장점들을 보유하고 있음에도 불구하고, 각 모델마다 치명적인 약점을 동시에 가지고 있어, 이를 해결하기 위한 다양한 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 이 글을 통해 지금까지 수행되어온 인공관절 재료에 대한 연구결과들을 살펴보고, 다음 단계의 인공관절 재료 연구를 위한 새로운 아이디어를 얻을 수 있는 계기를 마련하였으면 한다.
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