연구책임자 김두헌 전기연구원 박사

표면에 나노미터(nm)급 패턴의 거칠기를 구현해 임플란트를 제조하는 신기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

나노급으로 표면 처리된 임플란트는 생체적합도가 높고, 골 유합 속도가 빨라 시술 후 환자의 치유기간을 크게 앞당길 것으로 기대된다.

한국전기연구원 김두헌 박사팀(나노융합기술연구센터)은 최근 ‘전기화학 나노 표면처리 기술’을 개발하고, 관련 전문 기업에 기술이전 했다고 25일 밝혔다.

치과용 임플란트는 대개 티타늄 또는 티타늄합금의 금속 재질로 사용되며, 매끈한 표면이 아닌 거친 표면으로 제조된다.

이는 빠른 골 유합을 유도해 치료시간을 줄이기 위함이며, 기존에는 주로 샌드블라스팅 과정을 거친 뒤 황산과 염산 같은 강산을 이용한 에칭공정으로 임플란트 표면을 거칠게 만든다. 이때 거칠기는 마이크로미터 이상 크기의 거칠기만 구현할 수 있다는 한계가 있다.

최근까지 임플란트 표면에 나노 수준의 거칠기를 구현해 생체적합성을 향상 시키려는 연구가 진행되고 있다.

레이저 가공, 나노 임프린팅, 양극산화 방식 등이 대표적이다. 하지만 이러한 방식들은 수십억 원에서 수백억 원에 달하는 고가의 장비가 필요하며 가공시간 문제로 대량생산 공정에 적용하는 것이 어렵다.

특히, 임플란트 형상 구조에 맞는 입체적인 형태로 가공하기 어려운 문제도 있어 실제 제품에 적용하지는 못하고 연구단계에만 머물러 왔다.

양극산화 방식으로 표면처리를 하게 되면 미세 나노구조를 저비용, 양산공정으로 만들 수 있다는 장점이 있지만, 형성된 산화막의 표면자체가 쉽게 부스러지고 공정상 발생하는 불순물이 표면에 잔류한다는 단점이 있었다.

치과용 임플란트 및 임플란트 표면 현미경 사진

KERI 연구팀에서는 전기화학적 나노에칭 처리로 임플란트 표면에 나노 패턴의 거칠기를 생성하는 방식으로 생체적합도가 높으면서도 강산을 사용하지 않고, 임플란트 표면에 나노 패턴 형상을 구현할 수 있는 무독성·친환경 임플란트 표면처리 기술을 개발했다.

이 기술이 적용된 임플란트는 기계적 고정력 강화와 골 유합 향상으로 환자의 치유기간을 크게 단축시킬 것으로 기대된다.

또한, 전기화학 나노 표면처리 기술이 적용된 임플란트는 기존 기술인 양극산화 방식으로 제조되는 세라믹(Ceramic)성 표면이 아닌 금속성(Metalic) 나노패턴 표면이므로 부서질 염려가 없고, 강산을 사용하지 않는 에칭 방식이기 때문에 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 대구광역시에 소재하고 있는 임플란트 제조업체인 (주)덴티스(대표 심기봉)에 기술 이전했다.

현재 과학기술정통부와 산업통상자원부의 범부처 사업인 ‘나노융합 2020사업’을 통해 서울대 치과병원 이종호 교수팀과 공동으로 개발된 제품의 검증, 임상, 인허가 등을 진행하고 있으며 사업이 종료되는 2020년 하반기에는 양산제품을 시장에서 만나볼 수 있을 것으로 예상하고 있다.

기술 개발을 담당한 김두헌 박사는 “임플란트 시장은 고령화 사회에서 무한한 잠재적 시장수요를 가지고 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”이라 밝혔다.

연구팀은 개발된 기술을 치과용 임플란트 뿐만 아니라 정형외과용 임플란트, 스텐트, 인공심장 등 생체 내에 삽입되는 금속재료의 표면처리 기술로 확대할 계획이다.

한편, 식품의약품안전처에 따르면 지난해 치과용 임플란트 시장규모는 인구 고령화와 건강보험적용 확대에 따라 의료기기 품목 중에서는 가장 큰 8,889억원 규모에 달했다. 매년 약 8.6%의 성장을 보여 2020년에는 6조 7,000억원 규모에 이를 전망이다.