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KR102190171B1 - Titanium implant and method for manufacturing the same - Google Patents

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KR102190171B1
KR102190171B1 KR1020180137443A KR20180137443A KR102190171B1 KR 102190171 B1 KR102190171 B1 KR 102190171B1 KR 1020180137443 A KR1020180137443 A KR 1020180137443A KR 20180137443 A KR20180137443 A KR 20180137443A KR 102190171 B1 KR102190171 B1 KR 102190171B1
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Abstract

본 발명은 티타늄 임플란트 및 이의 제조 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 수산화아파타이트의 금속에 대한 결합력 향상과 동시에 수산화아파타이트의 우수한 생체 적합성을 유지하여 생체 활성과 골결합력이 향상된 티타늄 임플란트 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a titanium implant and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a titanium implant with improved bioactivity and bone binding strength by maintaining excellent biocompatibility of hydroxyapatite while improving the binding strength of hydroxyapatite to metal and more particularly, About.

Description

티타늄 임플란트 및 이의 제조 방법{Titanium implant and method for manufacturing the same}Titanium implant and method for manufacturing the same TECHNICAL FIELD

본 발명은 티타늄 임플란트 및 이의 제조 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 수산화아파타이트의 금속에 대한 결합력 향상과 동시에 수산화아파타이트의 우수한 생체 적합성을 유지하여 생체 활성과 골결합력이 향상된 티타늄 임플란트 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a titanium implant and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a titanium implant with improved bioactivity and bone binding strength by maintaining excellent biocompatibility of hydroxyapatite while improving the binding strength of hydroxyapatite to metal and more particularly, About.

초기 임플란트는 고분자, 금속, 세라믹 및 복합재료 등의 재료가 사용되었으나 골융합의 개념이 정착되면서부터 점차 그 범위가 축소되었다. 콜라겐 혹은 엘라스틴 섬유와 같은 천연고분자는 인간의 뼈나 피부 등에 적용되지만 기계적 물성이 부족하며 특히 콜라겐과 같은 단백질은 면역학적인 거부반응을 야기시킬 수 있다. 금속재료는 인간의 뼈와 유사한 기계적 특성을 가지고 있으나 생체 적합성이 낮아 체내에서 유해반응을 일으킨다. 바이오글라스(bioglass)와 같은 세라믹재료는 생체적으로 무해하나 기계적 특성 차이가 큰 단점이 있다. 현재 임플란트 소재로는 스테인리스 스틸, Cr-Co계 합금, Ti, Ti 합금 및 바이오글라스 등이 주로 사용되고 있다.Materials such as polymers, metals, ceramics, and composite materials were used for implants in the early stages, but their scope gradually decreased as the concept of osseointegration was established. Natural polymers such as collagen or elastin fibers are applied to human bones or skin, but their mechanical properties are insufficient. In particular, proteins such as collagen may cause immunological rejection. Metallic materials have mechanical properties similar to human bones, but their biocompatibility is low, causing harmful reactions in the body. Ceramic materials such as bioglass are biologically harmless, but have a large difference in mechanical properties. Currently, stainless steel, Cr-Co alloy, Ti, Ti alloy, and bioglass are mainly used as implant materials.

생체 내 이물질이 들어오면 이를 체내 면역체계에서 비자기로 인식해 대식세포에 의한 식균작용이 일어난다. 이는 임플란트 표면에서 용출되는 금속이온 등이 그 대상이며, 면역과 관련하여 이러한 반응들이 과도하게 일어나면 암세포로 발전할 수 있기 때문에 임플란트에 있어 생체적합성은 가장 중요한 요소다. 또한 임플란트는 저작압과 측방압을 복합적으로 받기 때문에 골결합력 또한 중요한 요소다. 따라서 임플란트 재료의 조직적합성, 표면특성, 수술부위의 골질, 외과적 술식, 임플란트에 가해지는 하중에 대한 고려를 해야 한다. 이 중에서도 임플란트의 표면특성은 골유착에 영향을 크게 미친다.When a foreign substance enters the body, the body's immune system recognizes it as a non-self, and phagocytosis occurs by macrophages. This is because metal ions eluted from the implant surface are the targets, and excessive reactions related to immunity can develop into cancer cells, so biocompatibility is the most important factor for implants. In addition, since implants receive a combination of masticatory pressure and lateral pressure, bone bonding is also an important factor. Therefore, it is necessary to consider the tissue suitability of the implant material, the surface characteristics, the bone quality of the surgical site, the surgical procedure, and the load applied to the implant. Among these, the surface characteristics of implants have a great influence on osseointegration.

임플란트 재료로서 티타늄 또는 티타늄 합금은 우수한 기계적 강도를 지니고 있으며, 표면 산화막 층의 형성으로 생체적합성 및 부식저항성이 우수한 장점이 있다. 나아가 이러한 소재들의 표면적을 증가시켜 수술 후 치유기간을 감소시키는 표면처리 방법에 대한 연구가 이루어지고 있으며 이러한 표면처리 방법에 의해 제조된 임플란트는 골과의 접촉 면적 증가로 인해 골 유착성을 향상시킬 수 있다.Titanium or titanium alloy as an implant material has excellent mechanical strength, and has excellent biocompatibility and corrosion resistance by forming a surface oxide layer. Furthermore, research is being conducted on a surface treatment method that increases the surface area of these materials and reduces the healing period after surgery. Implants manufactured by this surface treatment method can improve bone adhesion due to an increase in the contact area with the bone. have.

한편 수산화아파타이트(hydroxyapatite)는 구조와 화학적 조성이 치아 법랑질 및 뼈의 주 구성성분과 유사하여 생체에 직접적으로 사용할 수 있는 재료로 알려져 있다. 또한 생체활성 및 생체 적합성이 우수하여 뼈 조직 재생에 사용되는 임플란트의 재료로 활용되고 있을 뿐만 아니라 약물 및 유전자 전달 시스템에서 약물전달체로도 사용되고 있다. 이러한 수산화아파타이트의 우수한 생체적합성과 생체친화성에 기인하여 골 조직의 성장을 촉진시키는 소재로 알려져 있다. 그러나 수산화아파타이트 소재는 물리적 강도가 낮아 단독사용이 어려운 문제점이 있다.On the other hand, hydroxyapatite is known as a material that can be used directly in the living body because its structure and chemical composition are similar to the main components of tooth enamel and bone. In addition, due to its excellent bioactivity and biocompatibility, it is not only used as a material for implants used for bone tissue regeneration, but also as a drug delivery system in drug and gene delivery systems. Due to the excellent biocompatibility and biocompatibility of hydroxyapatite, it is known as a material that promotes the growth of bone tissue. However, the hydroxyapatite material is difficult to use alone due to its low physical strength.

임플란트의 성공률을 높이기 위한 표면 처리 방법으로는 Ti 플라즈마 스프레이, 수산화아파타이트 코팅 방법이 있다. Ti 플라즈마 스프레이의 경우 표면에 코팅된 Ti 입자가 임플란트로부터 떨어져 나와 주위 조직에 분산되어 골 결합력을 약화시키거나 염증을 유발하는 문제점이 있고, 수산화아파타이트 코팅 방법은 공정이 고온에서 이루어지기 때문에 수산화아파타이트 소재의 성질 변화를 야기하는 문제점이 존재한다.Surface treatment methods to increase the success rate of implants include Ti plasma spray and hydroxyapatite coating. In the case of Ti plasma spray, there is a problem that Ti particles coated on the surface are separated from the implant and dispersed in the surrounding tissues to weaken bone bonding or cause inflammation.The hydroxyapatite coating method is a hydroxyapatite material because the process is performed at high temperatures. There is a problem that causes a change in the properties of

대한민국 공개특허 제10-2009-0069645호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2009-0069645

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 기계적 특성이 우수함과 동시에 수산화아파타이트의 우수한 생체 적합성을 유지하여 생체 활성과 골결합력이 향상된 티타늄 임플란트 및 이의 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention has been devised in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a titanium implant having improved bioactivity and bone binding strength by maintaining excellent biocompatibility of hydroxyapatite while having excellent mechanical properties and a method of manufacturing the same.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 카르복실기 및 아민기 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 표면에 결합된 티타늄 지지체, 상기 티타늄 지지체 표면을 소정의 면적으로 덮고, 표면에 카르복실기가 결합된 다수개의 나노 수산화아파타이트들 및 카르복실기 및 아민기를 포함하고, 펩티드 결합을 통해 상기 티타늄 지지체 및 나노 수산화아파타이트를 연결시키는 생체 친화적 연결체를 포함하는 티타늄 임플란트를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a titanium support having at least one selected from a carboxyl group and an amine group bonded to the surface, covering the surface of the titanium support with a predetermined area, and a plurality of nano-hydroxyapatites having a carboxyl group bonded to the surface. And it includes a carboxyl group and an amine group, and provides a titanium implant comprising a bio-friendly linker connecting the titanium support and the nano-hydroxyapatite through a peptide bond.

본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 나노 수산화아파타이트들은 10 ~ 50 nm의 평균 입경을 갖는 나노입자, 및 1.2 ~ 20의 종횡비를 갖는 나노로드 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the nanohydroxyapatite may include at least one selected from nanoparticles having an average particle diameter of 10 to 50 nm, and nanorods having an aspect ratio of 1.2 to 20.

또한 본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 나노로드의 길이는 30 ~ 500 nm일 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the length of the nanorod may be 30 ~ 500 nm.

또한 본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 나노 수산화아파타이트는 1.2 ~ 20의 종횡비를 갖는 나노로드일 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the nano-hydroxylated apatite may be a nanorod having an aspect ratio of 1.2 to 20.

또한 본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 생체 친화적 연결체는 카르복실기 및 아민기를 포함하는 올리고펩티드, 폴리펩티드 및 단백질 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the bio-friendly linker may be at least one selected from oligopeptides, polypeptides, and proteins including carboxyl groups and amine groups.

또한 본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 수산화아파타이트 나노로드는 상기 티타늄 지지체 표면적의 1~50%를 덮도록 고정될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the hydroxyapatite nanorod may be fixed to cover 1 to 50% of the surface area of the titanium support.

또한 본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 티타늄 지지체는 아민기가 표면에 결합된 것일 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the titanium support may have an amine group bonded to the surface.

또한 본 발명은 숙신산 및 아미노실란계 화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 용액으로 티타늄 지지체를 처리하여 상기 티타늄 지지체 표면에 카르복실기 및 아민기 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 결합시키는 단계, 상기 티타늄 지지체 표면에 카르복실기와 아민기를 포함하는 생체 친화적 연결체를 펩티드 결합에 의하여 연결시키는 단계, 숙신산, 또는 카르복실기 및 아민기를 갖는 아미노산을 포함하는 수용액으로 나노 수산화아파타이트를 처리하여 상기 나노 수산화아파타이트 표면에 카르복실기를 결합시키는 단계 및 상기 티타늄 지지체 표면에 연결된 생체 친화적 연결체, 및 카르복실기가 결합된 나노 수산화아파타이트를 펩티드 결합에 의하여 연결시키는 단계를 포함하는 티타늄 임플란트의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention is a step of treating a titanium support with a solution containing at least one selected from succinic acid and aminosilane compounds to bind at least one selected from a carboxyl group and an amine group to the surface of the titanium support, and a carboxyl group on the surface of the titanium support A step of linking a bio-friendly linker including an amine group and a peptide bond by a peptide bond, treating a nano-hydroxyapatite with an aqueous solution containing succinic acid or an amino acid having a carboxyl group and an amine group to bind a carboxyl group to the surface of the nano-hydroxyapatite, and It provides a method for producing a titanium implant comprising the step of connecting the bio-friendly linker connected to the surface of the titanium support and the nano-hydroxyapatite to which the carboxyl group is bonded by peptide bonds.

본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 아미노산은 L-글루탐산일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the amino acid may be L-glutamic acid.

또한 본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 티타늄 지지체는 아미노실란계 화합물을 포함하는 용액으로 처리되어 상기 티타늄 지지체 표면에 아민기가 결합될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the titanium support may be treated with a solution containing an aminosilane-based compound so that an amine group may be bonded to the surface of the titanium support.

본 발명에 따른 티타늄 임플란트는 기계적 특성이 우수함과 동시에 수산화아파타이트의 우수한 생체 적합성을 유지하여 생체 활성과 골결합력을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 임플란트 이식 후 치유기간을 현저히 감축시킬 수 있다.The titanium implant according to the present invention has excellent mechanical properties and at the same time maintains excellent biocompatibility of hydroxyapatite, thereby improving bioactivity and bone binding ability, and thus, it is possible to significantly reduce the healing period after implantation.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 임플란트의 제조방법의 모식도이다.
도 2a는 티타늄 지지체 표면에 대한 SEM 이미지이다.
도 2b는 티타늄 지지체 표면에 대한 SEM 이미지이다.
도 2c는 표면에 수산화아파타이트 나노로드가 고정된 티타늄 지지체 표면에 대한 SEM 이미지이다.
도 2d는 표면에 수산화아파타이트 나노로드가 고정된 티타늄 지지체 표면에 대한 SEM 이미지이다.
도 3은 수산화아파타이트 나노로드에 대한 TEM 이미지이다.
도 4a는 티타늄 지지체의 표면 EDS 분석 결과를 도시한 것이다.
도 4b는 표면에 아민기가 결합된 티타늄 지지체의 표면 EDS 분석 결과를 도시한 것이다.
도 4c는 표면에 아민기가 결합된 티타늄 지지체의 표면 EDS 분석 결과를 도시한 것이다.
도 4d는 표면에 수산화아파타이트 나노로드가 고정된 티타늄 지지체의 표면 EDS 분석 결과를 도시한 것이다.
도 5a는 티타늄 지지체 표면에 대한 형광 현미경 사진이다.
도 5b는 표면에 아민기가 결합된 티타늄 지지체 표면에 대한 형광 현미경 사진이다.
도 5c는 표면에 알부민이 펩티드 결합된 티타늄 지지체 표면에 대한 형광 현미경 사진이다.
도 6은 티타늄 지지체, 및 표면에 수산화아파타이트 나노로드가 고정된 티타늄 임플란트에 대한 XPS 분석 결과를 도시한 그래프다.
도 7a는 티타늄 지지체 상에 조골세포를 배양한 후 1일차 때의 표면 SEM 이미지다.
도 7b는 표면에 수산화아파타이트 나노로드가 고정된 티타늄 지지체 상에 조골세포를 배양한 후 1일차 때의 표면 SEM 이미지다.
도 7c는 티타늄 지지체 상에 조골세포를 배양한 후 3일차 때의 표면 SEM 이미지다.
도 7d는 표면에 수산화아파타이트 나노로드가 고정된 티타늄 지지체 상에 조골세포를 배양한 후 3일차 때의 표면 SEM 이미지다.
도 8a는 Live/dead staining 염색법으로 처리한 티타늄 지지체 표면의 형광현미경 사진이다.
도 8b는 Live/dead staining 염색법으로 처리한, 표면에 수산화아파타이트 나노로드가 고정된 티타늄 지지체 표면의 형광현미경 사진이다.
도 9a는 티타늄 지지체(Ti), 및 표면에 수산화아파타이트 나노로드가 고정된 티타늄 지지체(Ti-HA)에 대하여 배양 1일차 때의 조골세포 활성에 대한 포르마잔 흡광도 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 9b는 티타늄 지지체(Ti), 및 표면에 수산화아파타이트 나노로드가 고정된 티타늄 지지체(Ti-HA)에 대하여 배양 3일차 때의 조골세포 활성에 대한 포르마잔 흡광도 측정 결과를 도시한 그래프이다.
1 is a schematic diagram of a method of manufacturing a titanium implant according to an embodiment of the present invention.
2A is an SEM image of the surface of the titanium support.
2B is an SEM image of the surface of the titanium support.
2C is an SEM image of the surface of a titanium support having hydroxyapatite nanorods fixed thereon.
2D is an SEM image of the surface of a titanium support on which hydroxyapatite nanorods are fixed.
3 is a TEM image of hydroxyapatite nanorods.
4A shows the results of surface EDS analysis of the titanium support.
4B shows the results of surface EDS analysis of a titanium support having an amine group bonded to the surface.
4C shows the results of surface EDS analysis of a titanium support having an amine group bonded to the surface.
4D shows the results of surface EDS analysis of a titanium support to which hydroxyapatite nanorods are fixed on the surface.
5A is a fluorescence micrograph of the surface of the titanium support.
5B is a fluorescence micrograph of a surface of a titanium support having an amine group bonded thereto.
5C is a fluorescence micrograph of the surface of a titanium scaffold to which albumin is peptide bonded to the surface.
6 is a graph showing the results of XPS analysis of a titanium support and a titanium implant in which hydroxyapatite nanorods are fixed on the surface.
7A is a surface SEM image of the first day after culturing osteoblasts on a titanium scaffold.
Figure 7b is a surface SEM image of the first day after culturing osteoblasts on a titanium scaffold to which hydroxyapatite nanorods are fixed on the surface.
7C is a surface SEM image of the 3rd day after culturing osteoblasts on a titanium scaffold.
7D is a SEM image of the surface of the third day after culturing osteoblasts on a titanium scaffold to which hydroxyapatite nanorods are fixed on the surface.
Figure 8a is a fluorescence micrograph of the surface of a titanium scaffold treated with Live/dead staining staining.
8B is a fluorescence micrograph of the surface of a titanium scaffold to which hydroxyapatite nanorods are fixed on the surface, treated by Live/dead staining staining.
9A is a graph showing the results of measuring formazan absorbance on osteoblast activity at the first day of culture for a titanium support (Ti) and a titanium support (Ti-HA) on which hydroxyapatite nanorods are fixed.
9B is a graph showing the results of measuring formazan absorbance on osteoblast activity at the third day of culture for a titanium support (Ti) and a titanium support (Ti-HA) on which a hydroxyapatite nanorod is fixed on the surface.

앞서 상술한 바와 같이 티타늄 소재는 기계적 강도는 우수하나 골 결합력이 낮아 실질적으로 임플란트 자체로 사용되기에는 어려운 실정이다. 티타늄 기반 임플란트의 골 결합력을 향상시키기 위해 생체활성이 우수한 수산화아파타이트를 티타늄 지지체 상에 코팅하는 방법이 사용될 수 있으나 수산화아파타이트의 금속에 대한 결합력이 현저히 낮아 인체 내에서 수산화아파타이트 입자가 티타늄 지지체로부터 분리되는 문제점이 존재한다.As described above, the titanium material has excellent mechanical strength, but low bone bonding force, so it is difficult to use as an implant itself. In order to improve the bone bonding of titanium-based implants, a method of coating hydroxyapatite with excellent bioactivity on a titanium support may be used, but the binding force of hydroxyapatite to metal is significantly lower, so that hydroxyapatite particles are separated from the titanium support. There is a problem.

이러한 수산화아파타이트를 나노 사이즈로 제조한 후, 제조된 나노 수산화아파타이트를 티타늄 지지체 표면 상에 생체 친화적 연결체를 이용하여 고정시킴으로써 수산화아파타이트의 금속에 대한 결합력 향상과 동시에 수산화아파타이트의 우수한 생체 적합성을 유지하여 티타늄 임플란트의 생체 활성과 골결합력을 동시에 향상시킬 수 있는 장점이 있다.After preparing such a hydroxyapatite in a nano size, the prepared nano hydroxyapatite is fixed on the surface of a titanium support using a bio-friendly connector to improve the binding strength of hydroxyapatite to metal and at the same time maintain excellent biocompatibility of hydroxyapatite. There is an advantage of simultaneously improving the bioactivity and bone binding ability of a titanium implant.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명에 따른 티타늄 임플란트는 카르복실기 및 아민기 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 표면에 결합된 티타늄 지지체, 상기 티타늄 지지체 표면을 소정의 면적으로 덮고, 표면에 카르복실기가 결합된 다수개의 나노 수산화아파타이트들 및 카르복실기 및 아민기를 포함하고, 펩티드 결합을 통해 상기 티타늄 지지체 및 나노 수산화아파타이트를 연결시키는 생체 친화적 연결체를 포함한다.The titanium implant according to the present invention includes a titanium support having at least one selected from a carboxyl group and an amine group bonded to the surface, covering the surface of the titanium support with a predetermined area, and a plurality of nano-hydroxylated apatites having a carboxyl group bonded to the surface and a carboxyl group, and It includes an amine group, and a bio-friendly linker that connects the titanium support and nanohydroxyapatite through a peptide bond.

상기 티타늄 지지체는 임플란트의 우수한 기계적 강도를 확보하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 티타늄 지지체는 당업계에서 임플란트 소재로 사용되는 통상적인 티타늄 지지체를 사용할 수 있으며, 일예로 표면적을 향상시키기 위해 표면 처리된 티타늄 디스크일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한 상기 티타늄 지지체의 형상은 임플란트로 사용되기에 적합한 형상, 일예로 나사형일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한 상기 티타늄 지지체의 표면에 상기 생체 친화적 연결체와 결합하기 위하여 카르복실기 및 아민기 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 구비될 수 있다.The titanium support may be used to secure excellent mechanical strength of the implant. The titanium support may be a conventional titanium support used as an implant material in the art, for example, a titanium disk surface-treated to improve the surface area, but is not limited thereto. In addition, the shape of the titanium support may be a shape suitable for use as an implant, for example, a screw shape, but is not limited thereto. In addition, at least one selected from a carboxyl group and an amine group may be provided on the surface of the titanium support to bind to the bio-friendly connector.

상기 나노 수산화아파타이트는 상기 티타늄 지지체 표면에 고정되어 임플란트의 생체 활성과 골결합력을 향상시킬 수 있다.The nano-hydroxylated apatite may be fixed to the surface of the titanium support to improve the bioactivity and bone bonding of the implant.

상기 나노 수산화아파타이트들은 10 ~ 50 nm의 평균 입경을 갖는 나노입자, 및 1.2 ~ 20의 종횡비를 갖는 나노로드 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1.2 ~ 20의 종횡비를 갖는 나노로드만을 포함할 수 있다.The nano-hydroxylated apatite may include at least one selected from nanoparticles having an average particle diameter of 10 to 50 nm, and nanorods having an aspect ratio of 1.2 to 20, and more preferably, nanoparticles having an aspect ratio of 1.2 to 20. It can contain only rods.

상기 나노 수산화아파타이트가 나노로드의 형상일 경우, 나노입자의 형상보다 나노 수산화아파타이트 질량 대비 표면적이 넓기 때문에 골세포의 생리활성이 더욱 더 우수하여 골 유착성이 현저히 향상될 수 있다.When the nano-hydroxylated apatite is in the shape of a nanorod, since the surface area relative to the mass of the nano-hydroxylated apatite is larger than that of the nanoparticle, the physiological activity of the bone cells is more excellent, so that bone adhesion can be significantly improved.

상기 나노입자의 평균 입경이 50nm를 초과할 경우, 나노 수산화아파타이트의 질량 대비 표면적이 저하되어 골 유착성이 저하될 우려가 있고, 10nm 미만의 평균 입경을 갖는 나노입자는 실질적으로 제조하기에 용이하지 않을 수 있다.When the average particle diameter of the nanoparticles exceeds 50 nm, the surface area relative to the mass of the nano-hydroxylated apatite may be lowered, thereby reducing bone adhesion, and nanoparticles having an average particle diameter of less than 10 nm are practically not easy to manufacture. May not.

상기 나노로드의 종횡비가 1.2 미만일 경우 나노입자의 형상에 근접하여 나노 수산화아파타이트의 질량 대비 표면적이 저하되어 골 유착성이 저하될 우려가 있고, 종횡비가 20을 초과할 경우, 입체 장해로 인하여 상기 티타늄 지지체 표면에 결합되기 어려울 수 있다.When the aspect ratio of the nanorods is less than 1.2, the surface area to the mass of the nano-hydroxylated apatite decreases in proximity to the shape of the nanoparticles, thereby reducing bone adhesion, and when the aspect ratio exceeds 20, the titanium It can be difficult to bond to the support surface.

또한 상기 수산화아파타이트 나노로드의 길이는 30~500 nm일 수 있다. 만일 상기 수산화아파타이트 나노로드의 길이가 30nm 미만일 경우, 골유착성이 저하될 수 있고, 500nm를 초과할 경우 입체적 장해로 표면 반응성이 떨어져 티타늄 지지체 상에 고정되기 어려운 등의 문제점이 있을 수 있다.In addition, the length of the hydroxyapatite nanorod may be 30 to 500 nm. If the length of the hydroxyapatite nanorod is less than 30 nm, osteosynthesis may be deteriorated, and if it exceeds 500 nm, there may be problems such as poor surface reactivity due to steric hindrance, making it difficult to fix on the titanium support.

상기 나노 수산화아파타이트는 생체 친화적 연결체와 결합하기 위하여, 표면에 카르복실기가 결합된 것일 수 있다.The nano-hydroxylated apatite may be a carboxyl group bonded to the surface in order to bond with a bio-friendly connector.

또한 상기 나노 수산화아파타이트는 상기 티타늄 지지체 표면적의 1~50%, 바람직하게는 5~30%를 덮도록 고정될 수 있다. 만일 상기 나노 수산화아파타이트가 상기 티타늄 지지체 표면적의 1% 미만을 덮도록 고정될 경우, 임플란트의 생체 활성 또는 골결합력이 저하될 수 있고, 50%를 초과하여 덮도록 고정화 하고자 할 경우 나노 수산화아파타이트가 물리적으로 포개지는 형태, 즉 상기 나노 수산화아파타이트가 티타늄 지지체에 연결되지 않고 물리적으로 적층될 우려가 있다.In addition, the nano-hydroxylated apatite may be fixed to cover 1 to 50%, preferably 5 to 30% of the surface area of the titanium support. If the nano-hydroxylated apatite is fixed to cover less than 1% of the surface area of the titanium support, the bioactivity or bone binding force of the implant may be lowered.If the nano-hydroxide apatite is fixed to cover more than 50%, the physical There is a fear that the nano-hydroxylated apatite is physically stacked without being connected to the titanium support.

또한 상기 나노 수산화아파타이트가 상기 티타늄 지지체 표면적의 5~30%를 덮을 경우, 임플란트의 생체 활성 및 골결합력이 더욱 우수할 수 있다.In addition, when the nano-hydroxylated apatite covers 5 to 30% of the surface area of the titanium support, the bioactivity and bone binding ability of the implant may be more excellent.

도 2d를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 임플란트는 나노 수산화아파타이트가 티타늄 지지체 표면적을 14.6% 덮도록 고정된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2D, it can be seen that in the titanium implant according to an embodiment of the present invention, the nano hydroxyapatite is fixed to cover 14.6% of the surface area of the titanium support.

상기 생체 친화적 연결체는 상기 나노 수산화아파타이트를 상기 티타늄 지지체 표면에 고정시키는 역할을 수행할 수 있다. 상기 생체 친화적 연결체는 카르복실기 및 아민기를 포함하는 올리고펩티드, 카르복실기 및 아민기를 포함하는 폴리펩티드 및 카르복실기 및 아민기를 포함하는 단백질 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있으며 상기 생체 친화적 연결체에 포함되는 카르복실기 및 아민기는 상기 티타늄 지지체 표면에 결합된 아민기 또는 카르복실기, 및 상기 나노 수산화아파타이트 표면에 결합된 카르복실기와 펩티드 결합을 형성하여 상기 나노 수산화아파타이트를 상기 티타늄 지지체 표면 상에 고정시킬 수 있다.The bio-friendly connector may serve to fix the nano-hydroxylated apatite on the surface of the titanium support. The bio-friendly linker may be at least any one selected from an oligopeptide comprising a carboxyl group and an amine group, a polypeptide comprising a carboxyl group and an amine group, and a protein comprising a carboxyl group and an amine group, and the carboxyl group and amine group included in the bio-friendly linker By forming a peptide bond with an amine group or carboxyl group bonded to the surface of the titanium support, and a carboxyl group bonded to the surface of the nano-hydroxylated apatite, the nano-hydroxylated apatite may be immobilized on the surface of the titanium support.

더욱 바람직하게는 상기 티타늄 지지체 표면은 아민기가 결합될 경우 상기 생체 친화적 연결체의 연결 효율이 더욱 향상될 수 있다.More preferably, when an amine group is bonded to the surface of the titanium support, the connection efficiency of the bio-friendly connector may be further improved.

상기 생체 친화적 연결체는 글로부린, 인슐린 및 알부민 중에서 선택된 적어도 어느 하나, 바람직하게는 알부민일 수 있다.The bio-friendly linker may be at least any one selected from globulin, insulin, and albumin, preferably albumin.

다음으로, 본 발명에 따른 티타늄 임플란트의 제조방법에 대하여 설명한다.Next, a method of manufacturing a titanium implant according to the present invention will be described.

먼저 숙신산 및 아미노실란계 화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 용액으로 티타늄 지지체를 처리하여 상기 티타늄 지지체 표면에 카르복실기 및 아민기 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 결합시킨다.First, the titanium support is treated with a solution containing at least one selected from succinic acid and aminosilane-based compounds to bind at least one selected from carboxyl groups and amine groups to the surface of the titanium support.

바람직하게는 아미노실란계 화합물을 포함하는 용액으로 상기 티타늄 지지체를 처리할 수 있으며, 이 경우 숙신산을 포함하는 용액으로 처리할 때 보다 생체 적합성 연결체가 상기 티타늄 지지체에 더욱 용이하게 결합될 수 있다.Preferably, the titanium support may be treated with a solution containing an aminosilane compound, and in this case, the biocompatible linker may be more easily bonded to the titanium support than when treated with a solution containing succinic acid.

상기 아미노실란계 화합물은 바람직하게는 APTES((3-Aminopropyl)triethoxysilane)일 수 있다.The aminosilane-based compound may be preferably APTES ((3-Aminopropyl)triethoxysilane).

상기 아미노실란계 화합물 및/또는 숙신산은 상기 용액 내 0.01~10 중량% 로 포함할 수 있으며, 상기 용액 내 0.01 중량% 미만으로 포함될 경우, 상기 티타늄 지지체 표면에 결합되는 아민기 및/또는 카르복실기가 목적하는 수준으로 결합되지 않을 수 있고, 10중량%를 초과할 경우 첨가되는 아미노실란계 화합물 및/또는 숙신산의 양 대비 실질적으로 결합되는 카르복실기 및/또는 아민기의 결합 효율이 미비할 수 있다.The aminosilane-based compound and/or succinic acid may be contained in an amount of 0.01 to 10% by weight in the solution, and when contained in an amount of less than 0.01% by weight in the solution, an amine group and/or carboxyl group bonded to the surface of the titanium support is intended It may not be bonded to a level such as that, and when it exceeds 10% by weight, the binding efficiency of the carboxyl group and/or amine group to be substantially bonded relative to the amount of the aminosilane compound and/or succinic acid added may be insufficient.

상기 용액의 처리 방법은 당업계에서 통상적으로 수산화물을 아민기 또는 카르복실기로 개질하는 방법을 사용할 수 있으며, 일예로 침지법일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. The treatment method of the solution may be a method of modifying a hydroxide with an amine group or a carboxyl group in the art, and may be an immersion method, but is not limited thereto.

상기 용액에 포함되는 용매로는 상기 아미노실란계 화합물 및/또는 숙신산을 이용한 표면 개질법에 사용되는 통상적인 용매라면 제한없이 사용될 수 있으며, 일예로 에탄올일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.As a solvent included in the solution, any conventional solvent used in the surface modification method using the aminosilane-based compound and/or succinic acid may be used without limitation, and ethanol may be used as an example, but is not limited thereto.

다음으로 상기 티타늄 지지체 표면에 카르복실기와 아민기를 포함하는 생체 친화적 연결체를 펩티드 결합에 의하여 연결시킨다.Next, a bio-friendly linker including a carboxyl group and an amine group is connected to the surface of the titanium support by a peptide bond.

상기 생체 친화적 연결체를 상기 티타늄 지지체 표면에 연결시키는 방법은 상기 생체 친화적 연결체를 포함하는 용액에 상기 티타늄 지지체를 침지하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The method of connecting the bio-friendly connector to the surface of the titanium support may be performed by immersing the titanium support in a solution containing the bio-friendly connector, but is not limited thereto.

다음으로 숙신산, 또는 카르복실기 및 아민기를 갖는 아미노산을 포함하는 수용액으로 나노 수산화아파타이트를 처리하여 상기 나노 수산화아파타이트 표면에 카르복실기를 결합시킨다.Next, the nanohydroxyapatite is treated with succinic acid or an aqueous solution containing an amino acid having a carboxyl group and an amine group to bind the carboxyl group to the surface of the nanohydroxyapatite.

상기 아미노산을 사용하여 상기 나노 수산화아파타이트 표면에 카르복실기를 결합시킬 경우, 상기 용액은 커플링제를 더 포함할 수 있으며, 상기 커플링제는 당업계에서 공지된 WSC(water-soluble carbodiimide)를 이용한 활성화 방법에 사용되는 커플링제를 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 NHS (N-hydroxysuccinimide) 및 EDC (1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimide)일 수 있다.When using the amino acid to bind a carboxyl group to the surface of the nano-hydroxylated apatite, the solution may further contain a coupling agent, and the coupling agent may be applied to an activation method using water-soluble carbodiimide (WSC) known in the art. The coupling agent used may be used without limitation, preferably NHS (N-hydroxysuccinimide) and EDC (1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimide).

또한 상기 나노 수산화아파타이트는 바람직하게는 카르복실기 및 아민기를 갖는 아미노산을 포함하는 수용액으로 처리될 수 있으며, 이 경우 숙신산을 포함하는 수용액으로 처리하는 것 보다 상기 나노 수산화아파타이트 표면에 결합되는 카르복실기의 결합 효율이 더욱 우수할 수 있다.In addition, the nano-hydroxylated apatite may be preferably treated with an aqueous solution containing an amino acid having a carboxyl group and an amine group, and in this case, the binding efficiency of the carboxyl group bound to the surface of the nano-hydroxylated apatite is higher than that of treatment with an aqueous solution containing succinic acid. It can be even better.

상기 아미노산은 측쇄에 카르복시기를 갖는 아미노산이라면 제한없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 L-글루탐산(L-glutamic acid)일 수 있다. 상기 아미노산이 L-글루탐산일 경우, 상기 아미노산을 포함하는 수용액은 물 100중량부에 대하여 0.1~0.5 중량부의 EDC(N-ethyl-N'-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide), 0.1~0.5 중량부의 NHS(N-hydroxysuccinimide) 및 0.1~0.7 중량부의 L-글루탐산을 포함할 수 있다.The amino acid may be used without limitation as long as it has a carboxyl group in the side chain, but it may be preferably L-glutamic acid. When the amino acid is L-glutamic acid, the aqueous solution containing the amino acid is 0.1 to 0.5 parts by weight of EDC (N-ethyl-N'-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide), 0.1 to 0.5 parts by weight of NHS based on 100 parts by weight of water. (N-hydroxysuccinimide) and 0.1 to 0.7 parts by weight of L-glutamic acid may be included.

다음으로, 생체 친화적 연결체가 연결된 티타늄 지지체 및 카르복실기가 결합된 나노 수산화아파타이트를 연결시킨다.Next, the titanium support to which the bio-friendly linker is connected and the nano-hydroxyapatite to which the carboxyl group is bound are connected.

상기 생체 친화적 연결체 및 나노 수산화아파타이트는 펩티드 결합에 의하여 화학적으로 결합되어 연결될 수 있다.The bio-friendly linker and nano hydroxyapatite may be chemically bonded and linked by a peptide bond.

상기 나노 수산화아파타이트는 분산성을 유지할 수 있는 용매, 일예로 물과 혼합되어 상기 생체 친화적 연결체가 연결된 티타늄 지지체에 처리, 일예로 침지법으로 수행될 수 있다.The nano-hydroxylated apatite may be mixed with a solvent capable of maintaining dispersibility, for example, water, and treated on a titanium support to which the bio-friendly connector is connected, for example, by immersion method.

상기 티타늄 지지체 표면을 목적하는 수준의 면적으로 덮기위하여 수산화아파타이트 나노상기 나노 수산화아파타이트는 상기 용매 내 0.001~1중량%로 포함될 수 있다.In order to cover the surface of the titanium support with an area of a desired level, the hydroxyapatite nano-the nano hydroxyapatite may be included in an amount of 0.001 to 1% by weight in the solvent.

(실시예1)(Example 1)

표면이 샌드블라스트(sand blast) 처리된 티타늄 지지체(바이오템임플란트)(Ti)를 APTES를 1중량%로 포함하는 에탄올 용액으로 상온에서 4시간 동안 처리하여 표면에 아민기가 결합된 티타늄 지지체(Ti-NH2)를 제조하였다. 제조된 티타늄 지지체에 알부민을 포함하는 용액을 상온에서 24시간 동안 처리하여 표면에 알부민이 펩티드 결합된 티타늄 지지체(Ti-A)를 제조하였다.A titanium support (Biotem Implant) (Ti) whose surface is sand blasted is treated with an ethanol solution containing 1% by weight of APTES for 4 hours at room temperature, and amine groups are bound to the surface (Ti- NH 2 ) was prepared. The prepared titanium support was treated with a solution containing albumin at room temperature for 24 hours to prepare a titanium support (Ti-A) having albumin-peptide bonded to the surface.

증류수(300ml), Ca(NO3)4H2O(57.5g) 및 NH4OH를 혼합하여 pH 10.4의 수용액을 제조하였다. 제조된 수용액에 증류수(400ml) 및 (NH4)H2PO3(19.75g)를 첨가하고 상온에서 교반한 후 4일동안 정치하여 백색의 분말을 수득하였다. 수득된 분말을 증류수로 세척하고 분말의 응집을 방지하기 위해 1-부탄올에 분산시킨 후 진공 건조하였다. 건조된 분말을 700℃에서 4시간 동안 열처리하여 나노 수산화아파타이트 (HA)를 수득하였다. 수득된 나노 수산화아파타이트는 대부분이 나노로드의 형태를 나타내었다.Distilled water (300ml), Ca(NO 3 ) 4H 2 O (57.5 g) and NH 4 OH were mixed to prepare an aqueous solution having a pH of 10.4. Distilled water (400ml) and (NH 4 )H 2 PO 3 (19.75g) were added to the prepared aqueous solution, stirred at room temperature, and allowed to stand for 4 days to obtain a white powder. The obtained powder was washed with distilled water and dispersed in 1-butanol to prevent agglomeration of the powder, followed by vacuum drying. The dried powder was heat-treated at 700° C. for 4 hours to obtain nano hydroxyapatite (HA). Most of the obtained nano-hydroxylated apatite showed the form of a nanorod.

수득된 나노 수산화아파타이트(0.6g)를 증류수(200ml), EDC(0.5g) 및 NHS(0.5g)와 2시간 동안 상온에서 혼합하고, 이 혼합물에 L-글루탐산(0.55g)을 첨가하여 다시 12시간 동안 혼합하여 표면에 카르복실기가 구비된 수산화아파타이트 나노로드(HA-g)를 제조하였다.The obtained nano-hydroxylated apatite (0.6 g) was mixed with distilled water (200 ml), EDC (0.5 g) and NHS (0.5 g) at room temperature for 2 hours, and L-glutamic acid (0.55 g) was added to the mixture. By mixing for a period of time, a hydroxyapatite nanorod (HA-g) having a carboxyl group on the surface was prepared.

상기 HA-g를 포함하는 수용액을 상기 Ti-A에 상온에서 24시간동안 처리하여 상기 Ti-A의 알부민에 포함된 아민기와 상기 HA-g의 카르복실기를 펩티드 결합하였다. 수득된 티타늄 지지체를 증류수로 세척하여 표면에 수산화아파타이트 나노로드가 고정된 티타늄 임플란트(Ti-HA)를 수득하였다.The aqueous solution containing HA-g was treated with the Ti-A at room temperature for 24 hours to peptide-couple the amine group contained in the albumin of Ti-A and the carboxyl group of the HA-g. The obtained titanium support was washed with distilled water to obtain a titanium implant (Ti-HA) in which hydroxyapatite nanorods were fixed on the surface.

(비교예1)(Comparative Example 1)

상용 제품인 티타늄 지지체(바이오템임플란트)를 준비하였다.A commercially available titanium support (biotem implant) was prepared.

(실험예1) SEM 분석(Experimental Example 1) SEM analysis

비교예1의 티타늄 지지체(Ti) 및 실시예1에서 제조된 표면에 수산화아파타이트 나노로드가 고정된 티타늄 지지체(Ti-HA)의 표면을 FE-SEM(S-4300 HITACHI)으로 관측하여, 그 결과를 도 2a 내지 도 2d에 도시하였다.The surfaces of the titanium support (Ti) of Comparative Example 1 and the titanium support (Ti-HA) having hydroxyapatite nanorods fixed on the surface prepared in Example 1 were observed with FE-SEM (S-4300 HITACHI), and the results Is shown in Figures 2a to 2d.

도 2a 및 도 2b는 티타늄 지지체 표면에 대한 SEM 이미지이다. 도 2d를 참조하면, 수산화아파타이트 나노로드가 티타늄 지지체 표면적의 14.6% 덮고 있는 것을 확인할 수 있다.2A and 2B are SEM images of the surface of the titanium support. Referring to FIG. 2D, it can be seen that the hydroxyapatite nanorods cover 14.6% of the surface area of the titanium support.

(실험예 2) TEM 분석(Experimental Example 2) TEM analysis

실시예1에서 제조된 나노 수산화아파타이트 (HA)에 대하여 TEM 분석을 실시하였으며, 그 결과를 도 3에 도시하였다.TEM analysis was performed on the nano-hydroxylated apatite (HA) prepared in Example 1, and the results are shown in FIG. 3.

도 3을 참조하면 제조된 나노 수산화아파타이트가 나노로드의 형상을 나타내며, 나노로드의 길이가 30~500 nm인 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the prepared nano-hydroxylated apatite represents the shape of a nanorod, and the length of the nanorod is 30 to 500 nm.

(실험예 3) EDS 분석(Experimental Example 3) EDS analysis

티타늄 지지체(Ti), 표면에 아민기가 결합된 티타늄 지지체(Ti-NH2), 및 표면에 수산화아파타이트 나노로드가 고정된 티타늄 임플란트(Ti-HA)에 대하여 각 시편의 표면 EDS 분석을 실시하였으며, 그 결과를 도 4a 내지 도 4d에 도시하였다.Surface EDS analysis of each specimen was performed on a titanium support (Ti), a titanium support (Ti-NH 2 ) with an amine group bonded to the surface, and a titanium implant (Ti-HA) with a hydroxyapatite nanorod fixed on the surface, The results are shown in FIGS. 4A to 4D.

도 4a와 도 4b를 비교하면, Ti에 비하여 Ti-NH2의 Si, C, O 원소 함량(at%)이 증가한 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 APTES가 티타늄 지지체 표면에 결합되어 있는 것을 간접적으로 확인할 수 있다.When comparing FIGS. 4A and 4B, it can be seen that the content (at%) of Si, C, and O elements of Ti-NH 2 is increased compared to Ti, and through this, it is indirectly confirmed that APTES is bonded to the surface of the titanium support. I can.

도 4c와 도 4d를 비교하면, Ti-NH2에 비하여 Ti-HA의 P, Ca 원소 함량(at%)이 증가한 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 수산화아파타이트 나노로드가 티타늄 지지체 표면에 결합되어 있는 것을 간접적으로 확인할 수 있다.Comparing FIGS. 4C and 4D, it can be seen that the content of P and Ca elements (at%) of Ti-HA is increased compared to Ti-NH 2 , through which hydroxyapatite nanorods are bonded to the surface of the titanium support. It can be confirmed indirectly.

(실험예 4) 형광현미경 검사(Experimental Example 4) Fluorescence Microscopy

티타늄 지지체(Ti), 표면에 아민기가 결합된 티타늄 지지체(Ti-NH2), 및 표면에 알부민이 펩티드 결합된 티타늄 지지체(Ti-A) 각 시편의 표면에 대하여 형광현미경 검사를 실시하였으며, 그 결과를 도 5a 내지 도 5c에 도시하였다.Fluorescence microscopy was performed on the surfaces of each specimen of a titanium support (Ti), a titanium support (Ti-NH 2 ) with an amine group bonded to the surface, and a titanium support (Ti-A) with an albumin peptide bonded to the surface. The results are shown in FIGS. 5A to 5C.

형광물질로 아민기와 반응하여 녹색 형광을 발현하는 FITC를 사용하였다.FITC, which reacts with an amine group as a fluorescent substance and expresses green fluorescence, was used.

도 5a를 참조하면 Ti는 녹색 형광이 발현되지 않은 반면, 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이 Ti-NH2, Ti-A는 녹색 형광이 발현된 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 상기 티타늄 지지체(Ti) 표면의 수산기(-OH)와 APTES가 반응하여 티타늄 지지체 표면에 아민기가 구비된 점, 상기 Ti-NH2 표면의 아민기와 알부민이 반응하여 알부민이 펩티드 결합된 점을 간접적으로 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5A, it can be seen that the green fluorescence of Ti was not expressed, whereas the green fluorescence of Ti-NH 2 and Ti-A was expressed as shown in FIGS. 5B and 5C. Through this, the hydroxyl group (-OH) on the surface of the titanium support (Ti) reacts with APTES to provide an amine group on the surface of the titanium support, and the amine group on the surface of Ti-NH 2 reacts with the albumin and the albumin is peptide bonded. It can be confirmed indirectly.

(실험예 5) XPS 분석(Experimental Example 5) XPS analysis

티타늄 지지체(Ti), 및 표면에 수산화아파타이트 나노로드가 고정된 티타늄 임플란트(Ti-HA)에 대하여 XPS 분석을 실시하였으며, 그 결과를 하기 표 1 및 도 6에 도시하였다.XPS analysis was performed on a titanium support (Ti) and a titanium implant (Ti-HA) having a hydroxyapatite nanorod fixed on the surface, and the results are shown in Table 1 and FIG. 6 below.

도 6을 참조하면 상기 Ti 표면의 XPS 분석 결과 Ca 및 P 원소 피크가 나타나지 않은 반면 상기 Ti-HA 표면은 Ca와 P 원소 피크가 나타난 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, as a result of XPS analysis of the Ti surface, it can be seen that peaks of Ca and P elements did not appear, whereas peaks of Ca and P elements appeared on the Ti-HA surface.

구분division at%at% CC OO PP CaCa TiTi TiTi 17.8217.82 5959 00 0.530.53 22.6622.66 Ti-HATi-HA 6.456.45 68.9868.98 6.16.1 9.949.94 8.538.53

상기 표 1을 참조하면 상기 Ti-HA 표면에 P 원소가 6.1%, Ca 원소가 9.94%로 상기 Ti보다 현저히 증가한 것을 확인할 수 있으며 이를 통해 티타늄 지지체 상에 수산화아파타이트 나노로드가 고정된 것을 간접적으로 확인할 수 있다.Referring to Table 1 above, it can be seen that the P element is 6.1% and the Ca element is 9.94% on the Ti-HA surface, which is significantly higher than that of Ti. I can.

(실험예 6) 조골세포의 점착 거동 관찰(Experimental Example 6) Observation of adhesion behavior of osteoblasts

1) FE-SEM 관측1) FE-SEM observation

티타늄 지지체(Ti), 및 표면에 수산화아파타이트 나노로드가 고정된 티타늄 임플란트(Ti-HA)에 대한 세포적합성을 확인하기 위하여 in vitro에서 cell adhesion을 조사하였다. 4-Well dish에 Ti, Ti-HA 디스크를 올려 놓은 후, osteoblast cell의 농도가 3 x 104 cell/ml인 배양액(DMEM)을 준비하여 1ml씩 cell seeding 하였다. 37℃, 5% CO2 incubator에서 24시간, 72시간 배양 후 배양액을 제거하여 PBS로 조심스럽게 세척하고 2.5%(w/v) 글루트알데히드(glutaldehyde)로 고정시킨(fixation) 후 FE-SEM 이미지를 통해 점착 거동을 관찰하였으며 그 결과를 도 7a 내지 도 7d에 도시하였다.Cell adhesion was investigated in vitro in order to confirm cellular suitability to a titanium support (Ti) and a titanium implant (Ti-HA) with a hydroxyapatite nanorod fixed on the surface. After placing Ti and Ti-HA disks on a 4-well dish, a culture solution (DMEM) having an osteoblast cell concentration of 3 x 10 4 cells/ml was prepared and cell seeding was performed at 1 ml each. After incubation for 24 hours and 72 hours in a 37°C, 5% CO 2 incubator, the culture medium was removed, carefully washed with PBS, and fixed with 2.5% (w/v) glutaldehyde, followed by FE-SEM image The adhesion behavior was observed through and the results are shown in FIGS. 7A to 7D.

1일차 배양 결과, Ti(도 7a) 및 Ti-HA(도 7b)에 점착된 세포의 수나 활성 정도의 큰 차이가 없었다. 반면 3일차 배양 결과, Ti(도 7c)에 점착된 세포들은 둥근 형태를 나타냈으나, Ti-HA(도 7d)에 점착된 세포들은 평평한 형태로 잘 점착되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 Ti-HA의 경우 세포의 초기 접착과 세포 확장(cell spreading)에 좋은 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다.As a result of day 1 cultivation, there was no significant difference in the number or degree of activity of cells adhered to Ti (Fig. 7A) and Ti-HA (Fig. 7B). On the other hand, as a result of culture on the third day, the cells adhered to Ti (FIG. 7c) showed a round shape, but the cells adhered to Ti-HA (FIG. 7d) were well adhered in a flat shape. Through this, it can be confirmed that Ti-HA has a good effect on initial adhesion and cell spreading of cells.

2) Live/dead staining 염색 평가2) Live/dead staining evaluation

티타늄 지지체 표면에 수산화아파타이트 나노로드를 도입할 경우 상기 수산화아파타이트 나노로드가 세포에 어떤 영향을 주는지 확인하기 위하여 Live/dead staining 염색법을 이용하여 티타늄 지지체(Ti), 및 표면에 수산화아파타이트 나노로드가 고정된 티타늄 임플란트(Ti-HA)를 형광현미경으로 관찰하였으며, 그 결과를 도 8a 및 도 8b에 도시하였다. When introducing a hydroxyapatite nanorod to the surface of a titanium support, a titanium support (Ti) and a hydroxyapatite nanorod are fixed to the surface by using a Live/dead staining method to see how the hydroxyapatite nanorod affects cells. The titanium implant (Ti-HA) was observed with a fluorescence microscope, and the results are shown in FIGS. 8A and 8B.

이 염색법에 사용하는 시약인 Calcein-AM은 비형광물질이었던 것이 세포에 들어가게 되면 세포 내 에스터가수분해효소(esterase)에 의해 반응하여 형광물질로 전환되어 녹색형광을 띠게 되며, propidium iodide(PI)는 살아있는 세포막을 통과할 수 없어 세포막이 손상된 죽은 세포에만 들어가 음이온을 띄는 세포핵과 이온결합을 하여 붉은 형광을 나타내게 된다. Calcein-AM, a reagent used in this staining method, is converted into a fluorescent substance by reacting by an esterase in the cell when a non-fluorescent substance enters the cell, resulting in green fluorescence, and propidium iodide (PI) is alive. Since it cannot pass through the cell membrane, it enters only dead cells whose cell membrane is damaged, and ionically bonds with the cell nucleus with negative ions to show red fluorescence.

Ti와 Ti-HA 모두 PI에 의한 붉은 형광이 나타나지 않고 Calcein-AM에 의한 녹색 형광만 발현되었다. 이를 통해 티타늄 지지체에 도입한 수산화아파타이트 나노로드는 조골세포의 생리활성에 부정적인 영향을 주지 않는 것으로 판단된다.Both Ti and Ti-HA did not show red fluorescence by PI, but only green fluorescence by Calcein-AM. Through this, it is judged that the hydroxyapatite nanorods introduced into the titanium scaffold do not negatively affect the physiological activity of osteoblasts.

(실험예 7) 세포 증식 활성 평가(Experimental Example 7) Cell proliferation activity evaluation

4-well dish에 Ti, TI-HA를 올려 놓은 후, osteoblast cell의 농도가 3 x 104 cell/ml인 배양액(DMEM)을 준비하여 1ml씩 cell seeding하였다. 37℃, 5% CO2 incubator에서 1, 3일간 배양 후 WST assay를 실행하여 세포 증식 활성을 평가하였다.After placing Ti and TI-HA on a 4-well dish, a culture solution (DMEM) having an osteoblast cell concentration of 3 x 10 4 cells/ml was prepared and cell seeding was performed at 1 ml each. After incubation for 1 to 3 days in a 37°C, 5% CO 2 incubator, WST assay was performed to evaluate cell proliferation activity.

Ti 및 TI-HA에 대하여 조골세포의 활성에 대한 포르마잔(Formazan)의 흡광도를 도 9a 및 도 9b에 도시하였다. Student's T-Test를 통해 결과값을 분석하였을 때, 배양 1일 차에는 P값이 0.05 이상으로 수치 상의 유의미한 차이가 없었으나 배양 3일차에는 P값이 0.05 이하로 유의미한 수치 상의 차이를 나타내었다. 이는 배양 1일 차에서는 세포 증식의 양상에 차이가 없지만 3일차부터는 Ti-HA에서 세포 증식이 더욱 활성화 되는 것으로 판단된다.The absorbance of Formazan on the activity of osteoblasts against Ti and TI-HA is shown in FIGS. 9A and 9B. When the results were analyzed through Student's T-Test, on the first day of cultivation, the P value was 0.05 or more, and there was no significant difference in numerical value, but on the third day of cultivation, the P value was 0.05 or less, indicating a significant difference. Although there is no difference in the pattern of cell proliferation on the first day of culture, it is judged that the cell proliferation is more activated in Ti-HA from the third day.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.Although an embodiment of the present invention has been described above, the spirit of the present invention is not limited to the embodiment presented in the present specification, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can add components within the scope of the same idea It will be possible to easily propose other embodiments by changing, deleting, adding, etc., but it will be said that this is also within the scope of the present invention.

Claims (10)

카르복실기 및 아민기 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 표면에 결합된 티타늄 지지체;
상기 티타늄 지지체 표면을 소정의 면적으로 덮고, 표면에 카르복실기가 결합된 다수개의 나노 수산화아파타이트들; 및
카르복실기 및 아민기를 포함하고, 펩티드 결합을 통해 상기 티타늄 지지체 및 나노 수산화아파타이트를 연결시키는 생체 친화적 연결체;
를 포함하는 티타늄 임플란트.
A titanium support having at least one selected from a carboxyl group and an amine group bonded to the surface;
A plurality of nano-hydroxylated apatites covering the surface of the titanium support with a predetermined area and having a carboxyl group bonded thereto; And
A bio-friendly linker comprising a carboxyl group and an amine group, and connecting the titanium support and nanohydroxyapatite through a peptide bond;
Titanium implant comprising a.
제1항에 있어서,
상기 나노 수산화아파타이트들은 10 ~ 50 nm의 평균 입경을 갖는 나노입자, 및 1.2 ~ 20의 종횡비를 갖는 나노로드 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 티타늄 임플란트.
The method of claim 1,
The nano-hydroxylated apatite is a titanium implant comprising at least one selected from nanoparticles having an average particle diameter of 10 to 50 nm, and nanorods having an aspect ratio of 1.2 to 20.
제2항에 있어서,
상기 나노로드의 길이는 30 ~ 500 nm인 것을 특징으로 하는 티타늄 임플란트.
The method of claim 2,
Titanium implant, characterized in that the length of the nanorod is 30 ~ 500 nm.
제1항에 있어서,
상기 나노 수산화아파타이트는 1.2 ~ 20의 종횡비를 갖는 나노로드인 것을 특징으로 하는 티타늄 임플란트.
The method of claim 1,
The nano-hydroxylated apatite is a titanium implant, characterized in that the nanorods having an aspect ratio of 1.2 to 20.
제1항에 있어서,
상기 생체 친화적 연결체는 카르복실기 및 아민기를 포함하는 올리고펩티드, 폴리펩티드 및 단백질 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 티타늄 임플란트.
The method of claim 1,
The bio-friendly linker is a titanium implant, characterized in that at least any one selected from oligopeptides, polypeptides and proteins containing carboxyl and amine groups.
제1항에 있어서,
상기 나노 수산화아파타이트들은 상기 티타늄 지지체 표면적의 1~50%를 덮도록 고정된 것을 특징으로 하는 티타늄 임플란트.
The method of claim 1,
The nano-hydroxylated apatite is a titanium implant, characterized in that fixed to cover 1 to 50% of the surface area of the titanium support.
제1항에 있어서,
상기 티타늄 지지체는 아민기가 표면에 결합된 것을 특징으로 하는 티타늄 임플란트.
The method of claim 1,
The titanium support is a titanium implant, characterized in that the amine group is bonded to the surface.
숙신산 및 아미노실란계 화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 용액으로 티타늄 지지체를 처리하여 상기 티타늄 지지체 표면에 카르복실기 및 아민기 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 결합시키는 단계;
상기 티타늄 지지체 표면에 카르복실기와 아민기를 포함하는 생체 친화적 연결체를 펩티드 결합에 의하여 연결시키는 단계;
숙신산, 또는 카르복실기 및 아민기를 갖는 아미노산을 포함하는 수용액으로 나노 수산화아파타이트를 처리하여 상기 나노 수산화아파타이트 표면에 카르복실기를 결합시키는 단계; 및
상기 티타늄 지지체 표면에 연결된 생체 친화적 연결체, 및 카르복실기가 결합된 나노 수산화아파타이트를 펩티드 결합에 의하여 연결시키는 단계;
를 포함하는 티타늄 임플란트의 제조방법.
Treating the titanium support with a solution containing at least one selected from succinic acid and aminosilane-based compounds to bind at least one selected from carboxyl groups and amine groups to the surface of the titanium support;
Linking a bio-friendly linker comprising a carboxyl group and an amine group to the surface of the titanium support by a peptide bond;
Treating the nano-hydroxyapatite with an aqueous solution containing succinic acid or an amino acid having a carboxyl group and an amine group to bind a carboxyl group to the surface of the nano-hydroxyapatite; And
Linking the bio-friendly linker connected to the surface of the titanium support and the nanohydroxyapatite to which the carboxyl group is bonded by a peptide bond;
Method of manufacturing a titanium implant comprising a.
제8항에 있어서,
상기 카르복실기 및 아민기를 갖는 아미노산은 L-글루탐산인 것을 특징으로 하는 티타늄 임플란트의 제조방법.
The method of claim 8,
The method of manufacturing a titanium implant, characterized in that the amino acid having a carboxyl group and an amine group is L-glutamic acid.
제8항에 있어서,
상기 티타늄 지지체는 아미노실란계 화합물을 포함하는 용액으로 처리되어 상기 티타늄 지지체 표면에 아민기가 결합되는 것을 특징으로 하는 티타늄 임플란트의 제조방법.
The method of claim 8,
The titanium support is a method of manufacturing a titanium implant, characterized in that the amine group is bonded to the surface of the titanium support by treatment with a solution containing an aminosilane compound.
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