임플란트 인공뼈 합성·코팅 동시 가능한 신기술 개발

기존 코팅 기술보다 3배 이상 결합강도 우수 전호성 박사 "실용화될 시 환자 비용 부담 줄일 수 있을 것"
정현중 기자 2020-10-07 11:10:52

▲ 한국과학기술연구원(KIST) 전호정 박사 연구팀이 인공뼈가 코팅된 티타늄 조각을 들고 있다<사진: KIST 제공>


임플란트 표면의 염증을 막아주고, 인체조직과 결합을 도와주는 인공뼈를 간단한 공정만으로 합성과 코팅을 동시에 할 수 있는 기술이 개발됐다.


한국과학기술연구원(KIST)은 지난 6일 생체재료연구센터 전호정 박사팀이 생체 이식용 재료 표면에 기존보다 3배 이상 우수한 결합 강도를 갖는 세라믹 인공뼈 코팅 기술을 개발했다고 밝혔다.


연구팀에 따르면, 이 기술을 활용할 시 하루 이상의 시간과 수십 단계의 공정이 필요했던 기존 인공뼈 코팅을 단 하나의 공정만으로 한 시간 이내 마칠 수 있다.
인공뼈 코팅을 위한 원료 물질(하이드록시아파타이트) 합성과 부수적인 열처리 과정 없이 나노초 레이저(nanosecond laser) 장비로 코팅이 가능하다는게 연구팀 측 설명이다.


인구 노령화와 함께 골질환이 급증하면서, 이를 치료하기 위한 치과‧정형외과용 임플란트의 사용이 증가하고 있다. 하지만 임플란트는 체내 뼈조직과 결합이 빨리 이뤄지지 않아 헐거워지거나 염증이 생겨 2차 수술을 해야 하는 등의 문제가 발생하기도 한다.


연구팀은 “이러한 문제를 해결하기 위해
뼈와 동일한 성분으로 이뤄진 인공뼈를 임플란트 소재에 코팅하는 방법이 쓰였다. 그러나 기존 인공뼈 코팅 방법들은 인공뼈 물질을 제작하기 위한 별도의 합성 공정 과정과 장시간의 코팅 공정 시간이 필요했다. 또 임플란트 소재와 인공뼈 코팅층 간 결합력이 약해 쉽게 손상되거나 뜯겨 나가는 경우도 많았다”고 설명했다.


▲ 레이저를 이용한 인공뼈의 합성과 코팅이 동시에 일어나는 원리를 나타낸 모식도<사진: KIST 제공>


이에 연구팀은 공정 단계와 시간을 단축하면서도 강력한 코팅을 구현하기 위해 뼈의 주 성분인 칼슘과 인으로 이뤄진 용액 속에 코팅하고자 하는 재료를 위치시키고 나노초 레이저를 쪼이는 방법을 사용했다.


그 결과 레이저의 초점 영역에 국소적으로 온도가 증가하면서 칼슘과 인 성분이 반응해 세라믹 인공뼈가 합성됨과 동시에 코팅층이 형성됐다. 특히 재료의 표면이 녹는점 이상으로 가열되고, 녹은 후엔 합성된 채로 다시 굳는 원리(용융)를 가져 코팅 결합력이 기존 코팅법보다 3배 이상 뛰어났다.


전호정 박사는 “레이저 특성상 코팅 면적에 비례해 공정시간이 늘어나는 만큼, 3차원 표면에 적용하기 위한 공정 등 다양한 크기와 형태의 의료기기에 적용 가능하도록 하는 후속 연구가 필요하다”면서 “실용화된다면 코팅 공정과 소요 시간을 대폭 줄일 수 있어 결과적으로 환자들의 비용 부담을 줄일 수 있을 것”이라고 강조했다.


이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행됐으며, 기능성 재료 분야 국제 저널인 ‘Advanced Functional Materials’ 최신호에 게재됐다.

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