임플란트 염증 문제 해결 성큼···인공뼈 코팅 기술 개발

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 임플란트에서 몸속 뼈조직과 임플란트의 결합이 빨리 이뤄지지 않아 헐거워지거나 염증이 생겨 2차 수술을 해야 하는 문제를 해결할 기술을 내놨다.

한국과학기술연구원(KIST)은 전호정 생체재료연구센터 박사팀이 생체 이식용 재료 표면에 기존보다 세 배 이상 우수한 결합강도를 지닌 세라믹 인공뼈 코팅 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

연구자가 인공뼈가 코팅된 티타늄 조각을 들고있다.<사진=한국과학기술연구원>

뼈와 동일한 성분으로 이뤄진 인공뼈를 임플란트 소재에 코팅해 기존 임플란트 문제를 해결하려는 시도가 이어지고 있다. 기존 인공뼈 코팅 방법들은 인공뼈 물질을 제작하기 위해 별도의 합성 공정 과정과 오랜 코팅 공정 시간이 필요하다. 모재와 인공뼈 코팅층 사이 결합력이 약해 쉽게 손상되거나 뜯겨 나가는 경우도 많아 임상에서 환자가 사용할 만큼 강한 코팅 방법이 부족했다.

연구팀은 하루 이상의 시간과 수십 단계의 공정이 필요했던 기존 인공뼈 코팅을 하나의 공정만으로 한 시간 이내에 구현한 기술을 선보였다. 개발한 공정 기법을 이용하면 인공뼈 코팅을 위한 원료 물질을 합성하는 별도 과정이나 고가의 장비 없이 나노초 레이저 장비 하나만으로 코팅할 수 있다.

현재 임상에서 사용되는 소수의 인공뼈 코팅 기법보다 강한 결합력을 갖는 코팅층도 형성할 수 있다. 기존 공정으로 구현하지 못했던 정형외과용 플라스틱 임플란트 등 고분자 소재 표면에도 강한 코팅을 할 수 있다.

연구팀은 공정 단계와 시간을 단축하면서 강력한 코팅을 구현하기 위해 뼈의 주요 성분인 칼슘과 인으로 이뤄진 용액 속에 코팅하고자 하는 재료를 높고, 레이저를 조사했다. 이때 레이저의 초점 영역에 국소적으로 온도가 증가하면서 칼슘과 인 성분이 반응해 세라믹 인공뼈가 합성되고, 동시에 코팅층을 형성했다.

기존 코팅법들이 재료 표면에 코팅하려는 성분을 쌓아 올리는 방식과 달리 레이저에 의해 인공뼈 성분 합성이 일어나면서 재료의 표면이 녹는점 이상으로 가열된다. 녹은 후 합성된 채로 다시 굳게 해 코팅 결합력을 높였다.

전호정 박사는 “나노초레이저를 이용한 코팅 기법은 생체재료로 많이 사용되는 티타늄 같은 생체비활성 소재의 표면을 간단한 방법으로 생체활성화시킬 수 있는 기술”이라며 “골융합이 필요한 다양한 의료기기에 적용 가능할 것”이라고 기대했다.

연구결과는 기능성 재료 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 최신 호에 게재됐다.