한국의 우수 연구자
최한철 (Han Cheol Choe) Ph.D
조선대학교 치과대학
Biocompatibility and Degradation of a Low Elastic Modulus Ti-35Nb-3Zr Alloy: Nanosurface Engineering for Enhanced Degradation Resistance, ACS Biomater. Sci. Eng.201734509-517
Bioactive apatite formation on PEO-treated Ti-6Al-4V alloy after 3rd anodic titanium oxidation, Applied Surface Science, Volume 484, 1 August 2019, Pages 365-373

『저탄성계수 Ti-35Nb-3Zr 합금의 생체적합성과 부식:부식저항성을 개선하기 위한 나노표면공학』
『3차 양극산화처리 후 플라즈마 전해 산화된 Ti-6Al-4V합금표면에 형성된 생체활성 아파타이트 형성』
  


1. 논문내용의 간략한 요약 (관련 연구분야 동향포함)

 

최근 고령화와 교통사고의 급증으로 생체재료를 사용하여 신체조직을 재생하거나 복원하는 연구개발에 대한 관심이 높아지고 있다. 생체재료는 금속, 폴리머, 세라믹으로 크게 대별되며, 이중에서도 금속의 경우는 큰 하중을 받는 부분인 치아 임플란트나 고관절 등에 주로 사용되고 있다. 금속의 경우 생체적합성이 우수한 많은 귀금속이 있지만 구강 내나 체내에 삽입되었을 때 큰 하중과 마모 그리고 내식성에 견딜 수 있는 금속은 많지 않다. 특히, Ti금속과 합금의 경우에 표면에 산화피막을 형성함으로써 내식성과 강도와 내마모성에 우수한 물성을 제공하기 때문에 치과나 정형외과에서 주로 사용하고 있다. 그러나 뼈에 삽입된 금속합금은 탄성계수(elastic modulus)가 높아 뼈와 큰 차이를 보임으로써 응력차폐효과(stress shielding effect)가 나타나 임상적으로 사용시 골유착(osseointegration)을 저하시키고 뼈가 흡수 또는 파절되는 문제가 발생되어 이를 개선하기 위한 연구가 꾸준히 이루어지고 있다.

최근 본 연구자는 20여년 동안 치과 및 정형외과 임플란트 재료의 국산화를 위하여 Ti에 Nb, Ta, Hf, 및 Zr을 사용하여 DV-Xα법을 이용하여 저탄성계수를 갖는 Ti-Nb-Ta-Hf-Zr합금의 설계 및 제조하는 연구를 수행해 왔다. 그 중에서도 Ti-35Nb-xZr합금은 탄성계수를 Ti 합금의 30%까지 저하시킬 수 있을 뿐만 아니라 체내에서 부식에 의한 재료의 퇴화를 방지할 수 있는 합금을 개발 하는 효과를 얻게 되었다. 개발된 이 합금은 호주의 James Cook대학교수의 요구로 공동연구를 수행하였으며 합금의 설계제조 및 물성평가는 조선대학교에서 수행하고 James Cook대학에서는 합금의 부식과 세포실험을 통하여 얻은 결과를 첫 번째 논문인 ACS Biomaterials Science & Engineering에 게재하여 그 우수성을 인정 받았다. 따라서 이 합금을 이용하여 치과용 임플란트나 정형외과용 임플란트를 제조할 경우는 응력차폐에 의한 임상적인 문제는 없을 것으로 판단한다.

 두 번째로 임플란트의 성공과 실패문제는 뼈와 접촉하는 표면에서 활성화가 잘 되는가에 의존하기 때문에 개발된 합금의 표면개질 또한 중요한 인자이다. 본 연구진은 표면개질을 위하여 ATO처리법을 개발하여 임플란트 표면에 나노크기의 표면을 적용하여 세포의 성장과 분화가 잘 일어나는 조건을 얻어 논문에 게재하였으며, 특히 표면은 마이크로와 나노크기의 표면거칠기를 동시에 부여하여야 하기 때문에 마이크로 크기의 기공을 PEO(plasma electrolyte oxidation)법으로 부여하는 연구가 진행되었지만 본 연구논문에서 처음으로 뼈를 구성하고 있는 중요한 물질인 Ca, P, Sr, Mg, Mn, Zn 및 Si을 PEO처리과정 중에 표면에 도핑함으로써 기능성물질이 도핑된 임플란트 표면을 구현하여 표면특성 1위 논문인 Applied Surface Science에 게재하게 되었다. 따라서 탄성계수가 감소되고 표면에 마이크로와 나노구조를 갖는 표면에 생체활성물질을 동시에 주입하는 표면개질법을 개발하여 다수의 특허를 획득하였으며 PCT국제특허 출원 중에 있다.

이러한 표면과 소재가 임플란트에 적용된다면 임상적으로 사용 후 발생되는 문제를 해결 할 수 있을 것으로 판단된다.              

 

 

2. 연구과정에서 나누고 싶은 내용

기 보고된 연구논문을 통하여 개발된 합금을 이용하여 공동연구수행을 요구하는 해외연구자가 많아지면서 그 보람을 느끼곤 한다. 개발된 소재나 기구들이 국내에서 적용되지 못한 것은 신뢰도인데 그를 종식시키기 위해, 연구자가 임상환경에 거의 유사한 조건에서 연구수행한 결과를 도출하는 것이 매우 중요하다고 생각한다. 그렇게 되면 연구결과가 사장되지 않고 연구성과에 대한 보람을 느낄 것으로 본다. 

 

 

3. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획

지금까지 수행한 연구를 바탕으로 더 심오한 연구를 수행할 계획이며 연구결과를 홍보하는데 더 노력을 해야겠다.

 

 

4. 끝으로 후배 연구자들에게 하시고 싶은 말씀

연구는 문제해결에 바탕을 두고 접근하는 것과 미지의 세계를 발견한다는 생각으로 접근하는 것으로 생각할 수 있는데 특히 임상에 적용되는 경우는 임상에서 문제된 것을 바탕으로 하나하나 해결해 가는 연구태도가 중요했던 것 같다. 다 아시듯이 “새로움은 멀리 있지 않고 가장 가까운 곳에서 있음을 인지”하고 연구에 임하시는 것도 참고할만한 조언임을 시사한다.   

 





2019-07-20 오전 12:00:00 조회수 : 243