임플란트 주위 골손실 예방을 위한 은이온 교환 처리된 Ti 임플란트 표면처리법 개발 = The development of silver ion-exchanged implant surface to prevent bone-loss related periodonties

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 의료용으로 사용되는 생체이식형 의료기기에 적용되는 것으로 정형 또는 부정형의 치과용 임플란트, 정형외과용 임플란트, 성형외과용 임플란트 등에 지속가능한 항균력과 골전도성이 향상된 표면처리법을 개발하는 것이다. 일반적으로 양극산화로 만들어진 표면의 미세공내에 오염이 발생하는 경우 이를 세척하기가 어렵고 만약 감염원이 미세공내로 침입하는 경우 오히려 미세공은 세균의 군락을 이루기가 매우 쉽다. 이것은 임플란트 주위염과 같은 2차 감염을 일으킬 수 있으며 임플란트의 성공률을 감소시키는 단점이 있다. 뿐만 아니라 양극산화에 의해 친수성표면으로 개질된 산화티타늄층은 골세포 뿐아니라 세균이나 바이러스가 부착되어 바이오필름으로 진화하는데 매우 유용하게 사용될 수 있다. 특히 치과와 같이 수술실이 아닌 치료실에서의 임플란트를 수술하게 되면 감염의 위험성은 더 증대될 수 있다. 멸균상태의 임플란트라도 시술단계에서 오염되는 경우 궁극적으로는 임플란트의 실패를 가져오는 계기가 된다. 뿐만 아니라 환자의 치주질환에 의해 이식된 임플란트 주위로 세균이 감염될 수 있는 문제도 있다. 감염된 조직에 인접한 임플란트의 표면은 세균의 집락을 형성할 가능성이 높고 증식된 세균은 치근단방향으로 성장하여 임플란트와 골사이에 낭을 형성시키게 된다. 이와 같이 치주질환 및 임플란트 주위조직의 감염은 여러 종류의 세균에 의한 감염질환이므로, 전신적 또는 국소적인 항균제를 투여함으로서 질환의 발생과 정도를 감소시킬 수 있으나 그 효과가 낮다. 임플란트 환자의 시술부위가 감염되게 되는 경우 항생제를 투여하여 증상을 개선시키는 방법을 사용하거나 임플란트를 제거하여 치료하는 방법이 있다. 본 연구는 은-이온 교환된 임플란트를 개발하기 위하여 티타늄 표면에 은이 포함된 티타늄 산화막(인산은/티타네이트 산화막)이 형성되도록 하였다. 본 연구에서 사용한 임플란트의 표면처리방법은 티타늄 시료를 아세톤, 알콜 그리고 증류수 에서 5분 이상 세척하고 건조한 후 calcium과 phosphate가 포함된 전해질 용액에 침지한 후 250V의 전압에서 양극 산화법에 의하여 상기 침지된 임플란트 본체에 칼슘-인의 이온이 포함된 티타네이트 산화막을 피복시켰다. 양극산화된 표면을 100℃ 와 700℃의 온도에서 1시간 동안 가열처리한 후 0.1M 질산은염용액에 24시간 동안 침지한 후 세척건조하였다. 이러한 본 연구에 의해 양극산화법에 의해 형성된 티타늄 산화막은 생리활성(bioactivity)이 증가된 표면특성을 갖고 있었으며 여기에 은 이온교환에 의해 항균력을 갖는 표면으로 개질되었다. 이 연구에 의한 은-이온교환된 양극산화 표면의 임플란트를 환자에게 시술하게 되는 경우 인산은 티타네이트(Ag3PO4/TiO2)표면에서는 체내에 존재하는 다양한 양이온과 표면에 존재하는 은이온(Ag+)의 교환 방출에 의한 항균력을 제공함과 동시에 특징적으로 인체내의 존재하는 칼슘이온(Ca²+)이 방출된 은이온과 다시 재 교환됨으로서 표면에 존재하던 인산 음이온(PO4-)과의 빠른 결합을 보이는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 개발된 이온교환에 의한 임플란트 표면에는 칼슘인 화합물(Ca₃(PO₄)2) 또는 하이드록시아파타이트(Ca₁₀(PO₄)6H₂O)를 형성함으로써 최상의 항균력 및 골유착(osseointegration) 성능을 제공하게 될 것으로 사료되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Infections are increasing concern in dental implant surgery. Systemic antibiotics are unable to provide efective control for these infections due to there's side efects. It is known that silver ions (Ag+) have strong inhibitory and bactericidal efects as wel as a broad spectrum of antimicrobial properties. Thus, there is a need for alternative methods to prevent and treat dental implant infection. In the present work, the efect of silver ion- exchanged TiO₂ on the titanium implant substrate has characterized by Thin film X-ray difraction analysis (TF-XRD) and High resolution scanning electron microscopy (HR-SEM) and antibacterial activity testing. Silver ion-exchanged TiO₂ layer on titanium were produce significant improved the antibacterial activity as wel as osteoconductivity depended on heat-treatments temperature. Micro-arc oxidation with electrolyte containing Ca and P ions and subsequent heat treatment produced a crystaline calcium and phosphate ion-incorporated titanium oxide. Furthermore, Silver ions are exchanged instead of calcium ion in calcium-phosphate ions incorporated titanium oxide by ion exchange proces. It was clearly found that long lasting antibacterial activity of silver ion-exchanged specimens up to 7 days immersion in stimulated body fluid (SBF) compared with the control surfaces. In conclusion, silver ion exchange to the titanium oxide is favorable to increasing the antibacterial activity of tianium surface.