임플란트 분해속도 및 생체친화도 높인 표면처리 기술 개발

[이데일리 이순용 기자] 정형외과용 생분해성 철 임플란트 소재의 분해속도와 생체친화도를 높일 새로운 표면처리 기술이 개발됐다.

가톨릭대 바이오메디컬화학공학과 정현도 교수와 조선대 장태식 신소재공학과 교수, 서울대 재료공학부 김현이 교수로 구성된 공동 연구팀의 이번 연구 성과는 생체재료 과학 분야의 권위 있는 국제 학술지 ‘바이오엑티브 머터리얼즈(Bioactive Materials)’의 2022년 3월호에 게재될 예정이다.

골절 치료나 인공관절삽입 등에 쓰이는 금속소재의 임플란트는 손상된 신체의 일부를 대체하거나 손상된 부위의 치료를 보조하기 위해 사용되고 있다. 최근 정형외과용 임플란트 소재로 마그네슘과 철, 아연 등 인체 내에서 분해되어 자연적으로 소멸되며, 독성이 없는 생분해성 금속소재가 많은 관심을 받고 있다. 그 중 철은 로마 시대에 치아 대용으로 사용했다는 기록이 있을 정도로 생체재료로서의 기능성이 탁월하지만, 생분해 속도가 매우 느리고 불균일하게 분해돼 생분해성 임플란트 소재로 사용하기 쉽지 않았다. 다양한 방식의 코팅으로 철의 분해속도를 증진시키는 연구들이 진행되어 왔으나 코팅 성능을 장기간 유지하지 못하는 기술적 어려움이 많았다.

이에 가톨릭대 정현도 교수 공동 연구팀이 장기간의 코팅 성능으로 철의 생분해 속도와 생체친화도를 높이는 임플란트 표면처리 기술을 개발했다. 연구팀은 생체금속인 탄탈륨을 이용한 TIPS(Target-ion induced plasma sputtering) 기술로 정형외과용 철 임플란트 표면에 나노패턴화된 탄탈륨 층을 형성시켜, 생분해 속도를 골조직 재생 속도에 부합하게 증진시키는 동시에 조직과의 결합력을 높일 수 있도록 했다. 그 결과, 내구성과 지속력이 강한 임플란트 표면처리 기술을 완성했다.

가톨릭대 정현도 교수 공동 연구팀은 이번에 개발한 표면처리 기술이 철과 같은 금속 외에도 세라믹, 고분자 소재 등에도 적용할 수 있을 것으로 보고 앞으로 혈관용 스텐트, 삽입형 의료 전자 기기 등으로의 응용 가능성에 대한 후속 연구를 진행할 계획이다.

연구팀에서 개발한 TIPS (Target-ion induced plasma sputtering) 공정을 이용해 생분해성 임플란트 표면을 나노패턴화하는 개략도 (그림 및 설명, 가톨릭대 정현도 교수 제공)