초록 ▼

- Ti-Nb-XM 계의 생체적합성이 우수한 저탄성 계수 티타늄 합금 제조 및 생체활성과 생체적합성이 우수한 표면처리 기술개발
○ 저탄성 계수 티타늄 합금개발
- DV-Xα법에 의한 저탄성 계수를 갖는 티타늄 합금의 설계, Ti-Nb-XM(M=Zr, Ta), Ti-XM 함유 티타늄 합금의 제조, 제조된 합금의 강도 및 탄성계수 측정
○ 티타늄 합금의 표면처리
- 제조된 티타늄 합금의 양극산화 처리를 통한 나노포어 형성, 전기화학적 처리조건에 따른 나노포어 피막의 특성평가, 생체활성이 우수한 티타늄 합금의 표면처

- Ti-Nb-XM 계의 생체적합성이 우수한 저탄성 계수 티타늄 합금 제조 및 생체활성과 생체적합성이 우수한 표면처리 기술개발
○ 저탄성 계수 티타늄 합금개발
- DV-Xα법에 의한 저탄성 계수를 갖는 티타늄 합금의 설계, Ti-Nb-XM(M=Zr, Ta), Ti-XM 함유 티타늄 합금의 제조, 제조된 합금의 강도 및 탄성계수 측정
○ 티타늄 합금의 표면처리
- 제조된 티타늄 합금의 양극산화 처리를 통한 나노포어 형성, 전기화학적 처리조건에 따른 나노포어 피막의 특성평가, 생체활성이 우수한 티타늄 합금의 표면처리기술 확립
○ 세포독성 및 생체적합성
- 조골세포를 이용한 세포독성 및 세포분화거동 평가, 유사체액 침적시험을 통한 생체활성 평가, 동물실험을 통한 생체적합성 평가
- Ti-Nb-X, Ti-X(X=Ta, Zr, Mo, Nb) 타이타늄 합금에서 α상, α+β상, β상이 관찰되었다. 탄성계수 측정결과 87.2～63.0 GPa을 얻었으며, 동전위 분극 실험 결과 부식전위는 -190.0mV～-3.0mV 값을 보였다. 투과현미경관찰 결과 Ti-XZr 합금에서는 쌍정변형이 관찰되었다.
- 순 타이타늄, Ti-6Al-4V 합금, Ti-32Nb-5Zr 합금의 표면에 1 wt% $NH_{4}F$와 20 wt% $H_{2}O$를 함
유하는 glycerol 용액에서 20 V 전압을 인가하여 1시간 동안 양극산화처리한 결과, 완전한 자기정렬 형태를 갖춘 치밀한 나노튜브 $TiO_{2}$ 층이 생성되었다. 임플란트의 생체활성도를 개선하기위해 80℃의 0.05 M $NaH_{2}PO_{4}$ 수용액과 100℃의 $Ca(OH)_{2}$ 포화 수용액에 순환침적하는 방식으로 석회화 전처리하고 유사체액에 3일간 침적한 결과, 아파타이트의 석출이 빠르게 가속되었다.
또한 순환침적하는 방식으로 석회화 전처리한 타이타늄 임플란트를 쥐의 경골에 4주간 매식하고서 removal torque를 측정한 결과 RBM 처리한 임플란트에 비해 통계학적으로 유의하게 개선되었다(P<0.01).
- 순(pure), 양극산화처리, 열처리, 열처리와전석회화 티타늄은 in vitro상에서 세포독성반응을 나타내지 않으며, Ikarisoside A를 처리하여 매식하면 TNF-1a와 IL-1b의 전사를 억제하고 iNOS발현을 감소시킴으로써 염증반응을 억제하였다. 또한 Ibandronate를 코팅한 시료를 이식하면 대조군에 비해 type I collagen과 osteoclalcin의 발현이 증가를 통해 골세포의 무기질화 정도가 증가됨을 확인하였고, 열처리된 티타늄에서 순티타늄에 비해 Ibandronate를 훨씬 더 오래 방출하였다.
- Ti-Nb-X, Ti-X계 합금에 대하여 특성을 평가 한 것 중에서 가장 우수한 특성을 합금에 대하여 열간 및 냉간 압연을 통한 봉제로의 제조가능성을 검토한다.
- 타이타늄 임플란트의 표면에 $TiO_{2}$ 나노튜브층을 형성한 다음 사이클 순환처리하여 석회화 전처리하는 방식은 임플란트의 생체활성도를 크게 가속시키는 효과가 있으므로 특허출원과 함께 임플란트의 표면처리 방법으로서 정착 가능성을 검토하고자 한다.
-약물에 의해 골밀도가 증가하고 약물처리 된 타이타늄의 골 유착이 향상되므로 약물처리 된 타이타늄을 이용한 임상시험등을 수행하여 임상에서의 효능이나 부작용에 대한 연구와 이 합금들을 생체재료로 사용하게 될 치과, 정형외과 등에서 임상적용 가능성에 대하여 검토하고자 한다.

Abstract ▼

Manufacturing of titanium alloy (Ti-Nb-XM ) with low elastic modulus and the development of surface modification technique for bioactivity and biocompatibility
○ Development of titanium alloy with low elastic modulus
- Design of titanium alloy with low elastic modulus by DV-Xα method
- Manu

Manufacturing of titanium alloy (Ti-Nb-XM ) with low elastic modulus and the development of surface modification technique for bioactivity and biocompatibility
○ Development of titanium alloy with low elastic modulus
- Design of titanium alloy with low elastic modulus by DV-Xα method
- Manufacturing of Ti-Nb-XM (X=Zr, Ta) alloys or Ti-XM alloy
- Measurement of strength and elastic modulus of manufactured alloy
○ Surface modification of titanium alloy
- Formation of nanopores on the surface of titanium alloy by anodizing
- Evaluation of surface layer with nanopores on the anodizing conditions
- Development of surface modification technique for excellent bioactive alloy
○ Cytotoxicity and Biocompatibility
- Behavior of osteoblast cell on the surface of alloy and modified surface
- Evaluation of bioactivity by immersion test in simulated body fluid
- Animal test for evaluation of biocompatibility
-In the results of X-ray analysis, α phase, α+β phase, β phase were observed in Ti-Nb-X and Ti-X(X=Ta, Zr, Mo, Nb). The elastic modulus of a measured value was 87.2~63.0 GPa. Dynamic potential polarization test of corrosion potential -190.0mV~-3.0mV. TEM analysis of Ti-XZr alloy have observed deformation twinning.
-The pure Ti, Ti-6Al-4V and Ti-32Nb-5Zr alloys underwet anodization in a glycerol electrolyte including 1 wt% NH4F and 20 wt% $H_{2}O$ at voltage 20 V FOR 1 hour to obtained porous $TiO_{2}$ nanotube layer which had magnetic array completely.
-The surface had electrodeposition of apatite after alcification by cycle deposition method in 0.05 M $NaH_{2}PO_{4}$ at 80℃ and Ca(OH)2 saturated solution at 100℃, then it deposited to SBF solution for 3 days.
Also calcified implant has improved removal torque value than RBM treated implant(P<0.01) after implantation to hard bone of rats for 4 weeks.
- Pure, anodized, heat-treated, heat-treated & precalcified titanium exhibited no cytotoxicity on osteoblastic MC3TE1 cells.
Treatment with Ikarisoside A decreased inflammatory reaction by inhibiting productions of TNF-1a, IL-1b and iNOS.
Titanium treated with ibandronate increased the expressions of type I collagen, osteoclalcin and mineralization. Heat treated titanium release ibandronate much longer than pure titanium.
-The hot and cold rolled alloy is carried out which is the most outstanding features among the Ti-Nb-X and Ti-X alloys. In addition to the rod manufacture of these alloys will examine the possibility.
-Cycle deposition method after formation of porous $TiO_{2}$ nanotube layers effect for improvement of bioactivity, we will apply to patent and review for possibility of treatment method to implant surface.
- Development of Bioactive titanium implant which can be used in orthopedics and dentistry
- Effect of importation substitution of medical implant
- Domestic product of dental implant

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 50
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 50
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 50
• 7. 주관연구책임자(공동연구원) 대표적 연구실적 ... 51
• 8. 참고문헌 ... 51
• 9. 연구성과 ... 57
• 10. 기타사항 ... 62