초록 ▼

연구개요
본 연구는 노인환자에서 임플란트 식립 후 기대수명의 증가, 임플란트 주위질환 저항성을 가지는 임플란트에 대한 욕구, 및 NT-BT 기술적 성과를 치의학에 접목하려는 기대 등의 사회적·경제적 현황과 더불어 “세균성 구강질환에 저항하는 반영구적 항균성 미세구조를 가지는 임플란트 개발의 필요성”이 대두됨. 이에, 독특한 나노구조 특성을 가지고 있는 티타니아 나노튜브 표면 위에 “가시광 플라즈모닉 광촉매효과”와 “근적외선 광열효과”를 발현할 수 있는 플라즈몬 나노입자를 코팅하여 “항균약물이 필요 없는 반영구적 광 원격제어 항

연구개요
본 연구는 노인환자에서 임플란트 식립 후 기대수명의 증가, 임플란트 주위질환 저항성을 가지는 임플란트에 대한 욕구, 및 NT-BT 기술적 성과를 치의학에 접목하려는 기대 등의 사회적·경제적 현황과 더불어 “세균성 구강질환에 저항하는 반영구적 항균성 미세구조를 가지는 임플란트 개발의 필요성”이 대두됨. 이에, 독특한 나노구조 특성을 가지고 있는 티타니아 나노튜브 표면 위에 “가시광 플라즈모닉 광촉매효과”와 “근적외선 광열효과”를 발현할 수 있는 플라즈몬 나노입자를 코팅하여 “항균약물이 필요 없는 반영구적 광 원격제어 항균성 임플란트를 개발”하고자 하는 것임. 본 연구목표의 달성을 위하여 다음과 같이 3개의 세부 주제에 대한 연구를 수행하였음.
◼ 가시광선(레이저) 조사에 의해 플라즈모닉 광촉매효과를 발현하는 후보군(예: Au, Pt, Pd, Cu 및 Titanium nitiride(TiN) 등)의 최적 조합(combination) 선별
◼ 근적외선(레이저) 조사에 의해 광열(Photothermal) 효과를 발현하는 후보군들(예: Au nanorod, 및 Pt nanorod 등)의 최적 조합(combination) 선별
◼ 각 조건에서 선별된 최적 후보군을 바탕으로 in vitro 및 in vivo test 기반의 광 원격제어 항균성 임플란트 표면처리기술의 안전성/유효성 평가

연구 목표대비 연구결과
< 1차년도 >
◼ 양극산화공정으로 티타늄 표면에 직경 100 nm 의 티타니아 나노튜브 층을 형성시킨 후, 그 위에 플라즈몬 귀금속 나노입자를 코팅하기 위한 화학적 코팅 기술 및 물리적 코팅 기술을 비교 평가하였음
-> 수열처리 기반 화학적 코팅기술에 비하여 이온 플라즈마 기반 물리적 코팅기술이 코팅층 제어가 용이하고 플라즈몬 나노입자들을 티타니아 나노튜브 최상위층에 집중적으로 코팅시키므로 플라즈모닉 광촉매 효과와 광열효과를 좀 더 효과적으로 발현시킬 것으로 판단되어 해당 기술을 채택하였음
◼ FE-SEM, TEM, XPS, 및 UV-VIS-NIR 확산분광분석 등의 표면특성분석으로 플라즈몬 귀금속 나노입자(Au 및/또는 Pt)들의 코팅 최적조건을 확립하였음
◼ Methylene Blue 퇴화 실험 및 근적외선 촬영 등을 통하여, 가시광선(470, 600nm) 및 근적외선(850 nm) 조사에 의한 티타니아 나노튜브 + 플라즈몬 나노입자 조합에 의한 플라즈모닉 광촉매 효과 및 광열효과 발현을 확인하였음
< 2차년도 >
◼ 인간 중간엽 줄기세포 기반의 생물학적 안전성을 평가한 결과, 귀금속 나노입자가 코팅된 모든 실험군에서 hMSCs의 우수한 부착 및 분화능을 나타내었음.
◼ S. aureus를 이용한 가시광 매개 항균능 평가 결과, 470 및 600 nm 광조사 15분에 플라즈몬 나노입자가 코팅된 모든 실험군 내에서 우수한 항균능을 나타내었음.
< 3차년도 >
◼ 인간 중간엽 줄기세포 및 치수줄기세포의 골형성능 평가 결과, Pt 코팅 + 600 nm 가시광 조합의 실험군에서 가장 우수한 골분화 유도 및 골형성능 촉진이 관찰되었음.
◼ 250-300g (8주령)의 SD계 수컷 백서를 이용한 in vivo test 결과, Pt 코팅 + 850 nm 근적외선 조합의 실험군이 우수한 골형성능을 나타내었음.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
1. 국가과학기술 측면: (1) 가시광 플라즈모닉 광촉매 효과와 근적외선 광열 효과 등의 광생물학(Photobiology) 기반의 치의학 연구를 통한 새로운 융합연구 분야 개척, (2) 차세대 연구 패러다임(광생물학 영역) 제시, 및 (3) 새로운 연구 분야 확보를 위한 국가기술 경쟁력 우위 선점
2. 보건의료기술 측면: 구강질환 개선을 통한 국민 구강보건 증진, 광생물학 기반 치과영역 맞춤형 치료 구현의 기반 마련
3. 산업계 효과: 광생물학 관련 원천기술 확보를 통한 임플란트 표면처리 기술 활용으로 미래 의료산업 기여 및 실용화 기반 마련

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 배경 ... 4
• 나. 연구 관련 국내·외 연구동향(연구가설의 도출근거) ... 4
• 다. 연구의 필요성 ... 5
• 라. 연구의 최종목표 ... 5
• 마. 세부 연구목표 ... 6
• 바. 연차별 연구목표 및 개발 내용 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 가. 1차년도 연구개발 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 나. 2차년도 연구개발 수행 과정 및 수행 내용 ... 9
• 다. 3차년도 연구개발 수행 과정 및 수행 내용 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 15
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 15
• 6. 참고문헌 ... 16
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 24