표면에 나노미터(nm)급 패턴의 거칠기를 구현해 임플란트를 제조하는 신기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 나노급으로 표면처리된 임플란트는 생체적합도가 높고, 뼈에 붙은 속도가 빨라 시술 후 환자의 치유기간을 크게 앞당길 것으로 기대된다.
한국전기연구원은 나노융합기술연구센터 김두헌 박사팀이 ‘전기화학 나노 표면처리 기술’을 개발하고, 국내 임플란트 제조업체에 기술이전했다고 26일 밝혔다.
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| 전기화학 나노패턴 공정으로 제조된 표면의 2차원 현미경 사진 및 3차원 표면 분석 [제공=한국전기연구원] |
치과용 임플란트는 대개 티타늄 또는 티타늄합금의 금속 재질로 이루어진다. 매끈한 표면이 아닌 거친 표면으로 제조된다. 체내에서 뼈에 빠르게 붙게 하고 치료시간을 줄이기 위해서다. 기존에는 황산과 염산같은 강산을 이용한 에칭공정으로 임플란트 표면을 거칠게 만들었는데 마이크로미터 이상 크기의 거칠기만 구현할 수 있다는 한계가 있었다.
그동안 임플란트 표면에 나노 수준의 거칠기를 구현해 생체적합성을 향상시키려는 연구가 최근까지 진행돼 왔다. 레이저 가공, 나노 임프린팅, 양극산화 방식 등의 방식은 수십억 원에서 수백억 원에 달하는 고가의 장비가 필요하다. 가공시간 문제로 대량생산 공정 적용도 어렵다. 임플란트 형상 구조에 맞는 입체적인 형태로 가공하기 어렵다는 문제도 있어 실제 제품에 적용하지는 못하고 연구단계에만 머물러 왔다.
연구팀이 개발한 기술은 전기화학적 나노에칭 처리로 임플란트 표면에 나노 패턴의 거칠기를 생성하는 방식이다. 전기화학 표면처리 기술 개발 경험을 활용해 생체적합도가 높으면서도 강산을 사용하지 않고, 임플란트 표면에 나노 패턴 형상을 구현할 수 있는 무독성·친환경 임플란트 나노 표면처리 기술을 개발했다.
나노 표면처리가 된 초미세 거칠기를 임플란트 표면에 적용하게 되면 골조직과의 접촉 표면적이 확대되고, 임플란트의 기계적 고정성과 골조직 간의 골 유착성이 향상돼 환자의 치유기간을 크게 앞당길 수 있다. 또 전기화학 나노 표면처리 기술이 적용된 임플란트는 금속성 표면이므로 부서질 염려가 없고, 강산을 사용하지 않아 표면에 불순물이 남지 않는다. 초기 장비 및 가공비가 낮은 저비용 공정이라는 점 외에 대량생산과 입체가공에도 전혀 문제가 없는 신공정 기술이라는 것도 큰 장점이다.
연구팀은 개발된 기술을 임플란트 제조업체인 덴티스에 기술이전했다. 이 업체는 현재 개발된 제품의 검증, 임상, 인허가 등을 진행하고 있으며 오는 2020년 하반기께 양산제품을 출시할 계획이다.
김두헌 박사는 “임플란트 시장은 고령화 사회에서 무한한 잠재적 시장수요를 갖고 있지만, 현재 사용되는 기술은 스위스나 독일 등 선진국에 의존하고 있는게 현실”이라며 “이번에 개발된 나노 표면처리 공정기술 개발은 수입대체 효과는 물론 세계 임플란트 시장을 선도할 수 있는 핵심 기술이 될 것”이라고 밝혔다.
연구팀은 개발된 기술을 치과용 임플란트 뿐만 아니라 정형외과용 임플란트, 스텐트, 인공심장 등 생체 내에 삽입되는 금속재료의 표면처리 기술로 확대할 계획이다.
구본혁 기자/nbgkoo@
