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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 기 보고에 사용한 소재인 Ni-13Cr과 Ni-13Cr-5Ti 및 Ni-13Cr-10Ti 소결체를 이용하여 재료의 표면특성에서 이온용출과 생체적 합성을 조사하여 본 학회지의 기계적 성질에 이어 연속편으로 보고한다.
제안 방법
- 그리고 세포 생존 능력을 분석하기 위해 EZ-Cytox 세포 생존 분석 키트(Deaillab service Co., Seoul, Korea)를 사용 하였고, 12 well plate 안에서 2 × 104cell/well를 Ni-13Cr, Ni-13Cr5Ti, 및 Ni-13Cr-10Ti 합금표에 시드하였다.
- 본 연구에서 Ni-13Cr, Ni-13Cr-5Ti, 및 Ni-13Cr10Ti 합금을 제조한 후, 시편의 부식특성과 표면의 생체적합성을 분석한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 분극곡선으로부터 부식전위와 부식전류밀도 및 부동태영역의 전류밀도로 금속의 용출거동을 조 사할 수 있다. 부식이 끝난 시편은 부식표면은 OM을 사용하여 조사하였다.
- 생체안정화 시험은 금속의 이온이 용출되는 정도로 평가하며 부식시험을 통하여 수행하였다. 각 시편의 부식거동은 potentiostat(Model PARSTAT 2273, EG&G, USA)을 이용하여 구강 내 환경과 유사한 36.
- % NaCl에서 실시하였다. 전기화학적 부식 거동은 동전위 시험 방법으로 조사하였고 인가전위는 -1500 mV에서 1000 mV까지 1.67 mV/min의 주사속도로 인가하여 시험을 수행하였다. 분극곡선으로부터 부식전위와 부식전류밀도 및 부동태영역의 전류밀도로 금속의 용출거동을 조 사할 수 있다.
- 3 µm 알루미나 분말로 마무리 한 후 초음파 세척을 하였다. 준비한 시편은 KCN과 (NH4)2S2O8을 1:1로 혼합한 부식용액으로 에칭한 후 OM (optical microscopy, Olympus BX 60MF, Japan)을 통하여 표면을 분석하였다.
- 합금의 미세조직 관찰을 위하여 샘플을 2000 grit의 SiC 연마지까지 단계적으로 습식 연마하고 최종적으로 0.3 µm 알루미나 분말로 마무리 한 후 초음파 세척을 하였다.
대상 데이터
- % Ti로 칭량하여 준비하였다. 본 실험에 사용한 합금의 분말은 원형분말 대신 물분사법으로 제조된 불규칙형 분말을 사용하여 분말혼합기로 균일하게 혼합하였다. 각 합금의 분말은 전 처리과정인 아세톤과 에탄올을 이용하여 초음파세척기로 불순물을 제거한 후 증류수로 깨끗이 세척 및 건조하였다.
- 세포시험은 The 6th passage hGF 세포를 사용하였다. hGf는 DMEM (Welgene Inc.
- 의 속도로 1150 oC까지 가열하여 30분 동안 소결한 후 수냉하였다. 잉곳제 작은 설계된 조성을 칭량하여 진공아크용해로를 이용하여 용해하여 제작하였다. 제조된 잉곳 및 소결 체에 행한 열처리조건은 잉곳은 멜팅상태에서 주조 상태로 냉각되었고 소결온도에서 수냉하여 용체화 처리 하였다.
성능/효과
- 1) 주조법으로 멜팅 후 각 시험시편의 표면조직과 성분은 주조조직에서 보이는 전형적인 수지상의 주조조직을 보이고 있다.
- 2) Ti함량이 증가함에 따라 다소 공식의 숫자가 감소한 경향을 보이며 내식성이 좋아지는 분극곡선을 보였다.
- 3) Ti의 첨가가 안정된 표면의 형성으로 분극저항이 증가하여 Ti첨가되지 않은 합금에 비하여 크게 개선된 효과를 보임을 알 수 있다.
- 4) 소결체의 경우 표면에 형성된 기공으로 인하여 낮은 접촉각을 보였음을 알 수 있다.
- 5) Ti원소가 첨가됨으로써 세포 생존율이 실험군이 대조군보다 모두 우수한 반응을 나타낸 것을 보였다.
- Ni-13Cr, Ni13Cr-5Ti, 및 Ni-13Cr-10Ti 합금의 부식 후 OM 표면분석 결과, 표면에서 공식이 발생되었으며 특히 수지상 조직을 중심으로 부식이 발생된 경향을 보인다.
- 그림 5는 (a) Ni-13Cr, (b) Ni-13Cr-5Ti, 및 (c) Ni-13Cr-10Ti 합금 표면에 1일 동안 배양된 hGF의 세포생존능력을 분석한 결과를 보여주고 있다. 가로축의 괄호 안의 숫자는 cell viability assay[10]의 평균값을 나타낸 것으로 10Ti군이 가장 우수함을 보였으며 그 다음 5Ti 군이 우수하였다. Ti가 첨가 된 합금에 비하여 대조군이 가장 약하게 세포의 성장이 관찰되고 있다.
- 소결과 멜팅과정을 거치면 부식전위가 크게 증가하고 Ti원소를 첨가하면 전류밀도가 크게 감소하는 것을 보인다. 그러나 소결체의 경우 표면에 기공의 존재로 인하여 부동태피막의 형성영역이 크게 감소함에 반하여 멜팅을 하면 부동태 피막의 형성이 크게 증가함을 보였으며 이 결과로부터 멜팅한 합금의 경우와 Ti를 증가한 합금에서 전반적으로 내식성이 크게 증가하는 것으로 나타났다. 이는 표면에 Ti산화막형성과 기공의 감소에 기인하여 내식 성이 증가한 것으로 생각된다[10].
- 특히 Ti산화물은 여러 가지가 있지만 루타일과 아나타제 중, 아나타제 구조는 세 포의 성장과 분화에 크게 영향을 미친다고 알려져 있다[10]. 따라서 본 연구에서도 이러한 효과로 인하여 Ti의 첨가량이 증가함에 따라서 세포의 증식이 크게 증가하였음을 알 수 있었다.
- Ti가 첨가 된 합금에 비하여 대조군이 가장 약하게 세포의 성장이 관찰되고 있다. 이 결과로부터 생체적합성에 우수한 Ti원소가 첨가됨으로써 합금을 세포에 적용시 세포 생존율이 실험군이 대조군보다 모두 우수한 반응을 나타낸 것으로 생각된다. 이는 세포의 성장과 분화과정에서 표면에 형성된 기공과 Ti산화물의 효과로 생각된다.
후속연구
- 결론적으로 치과 보철물에 사용되는 금속합금의 경우 구강 내에서 용출을 최소화하여야 구조물의 기능을 할 수 있으며 용출이 이루어지면 생체적합성에 영향을 미쳐 환자의 건강에 해를 주기 때문에 Ti함유 합금의 개발을 통하여 이러한 문제를 해결 할 수 있다고 판단된다.
- 특히, 일반 금속의 부식에 대한 연구는 생체 내에서 발생되는 이온용출현상이기 때문에 독성을 유발할 수 있는 확률이 높기 때문에 이를 위한 연구가 필요하다. 기 보고한 연구결과[9]를 토대로 하여 개발된 재료를 이용하여 부식저항성과 생체 적합성을 평가하여 치과보철물로 사용이 가능한지를 조사할 필요성이 있다.
- 이들 접착력은 PFG 및 PFM 각각 동일하며 주조성, 변색, 및 부식저항성 면에서는 일반합금소재보다는 금 합금이 우수하여 금 합금을 주로 치과에서 사용하고 있다[7, 8]. 특히, 일반 금속의 부식에 대한 연구는 생체 내에서 발생되는 이온용출현상이기 때문에 독성을 유발할 수 있는 확률이 높기 때문에 이를 위한 연구가 필요하다. 기 보고한 연구결과[9]를 토대로 하여 개발된 재료를 이용하여 부식저항성과 생체 적합성을 평가하여 치과보철물로 사용이 가능한지를 조사할 필요성이 있다.
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