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KR20200053928A - Titanium implant and method for manufacturing the same - Google Patents

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KR20200053928A
KR20200053928A KR1020180137443A KR20180137443A KR20200053928A KR 20200053928 A KR20200053928 A KR 20200053928A KR 1020180137443 A KR1020180137443 A KR 1020180137443A KR 20180137443 A KR20180137443 A KR 20180137443A KR 20200053928 A KR20200053928 A KR 20200053928A
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Abstract

The present invention relates to a titanium implant and a manufacturing method thereof and, more specifically, to a titanium implant with improved bioactivity and bone-binding ability by maintaining excellent biocompatibility of hydroxyapatite while improving the binding ability of the hydroxyapatite to metal, and to a manufacturing method thereof. In addition, the titanium implant comprises: a titanium support; a plurality of nano-hydroxyapatite; and a bio-friendly connector.

Description

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

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 for manufacturing the same, and more specifically, to improve the binding strength of apatite hydroxide to a metal and to maintain excellent biocompatibility of the apatite hydroxide, thereby improving the bioactivity and bone bonding strength of the titanium implant and a method of manufacturing the same. It is 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.In the early implant, materials such as polymers, metals, ceramics, and composite materials were used, but their scope gradually decreased as the concept of bone fusion was established. Natural polymers such as collagen or elastin fibers are applied to human bones and skin, but lack mechanical properties, and proteins such as collagen can cause immunological rejection. Metallic materials have similar mechanical properties to human bones, but have low biocompatibility and cause harmful reactions in the body. Ceramic materials, such as bioglass, are biohazardous, but have significant mechanical property differences. Currently, stainless steel, Cr-Co-based alloys, Ti, Ti alloys, 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 foreign substances enter the body, they are recognized by the body's immune system as non-magnetic and phagocytosis by macrophages occurs. This is the target of metal ions eluted from the surface of the implant, and biocompatibility is the most important factor in implants because these reactions with immunity can develop into cancer cells. In addition, because the implant receives a combination of masticatory pressure and lateral pressure, bone bonding strength is also an important factor. Therefore, consideration should be given to the tissue compatibility of the implant material, surface properties, bone quality at the surgical site, surgical procedures, and the load applied to the implant. Among these, the surface characteristics of the implant greatly influence the bone adhesion.

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 the advantage of excellent biocompatibility and corrosion resistance through the formation of a surface oxide layer. Furthermore, research is being conducted on surface treatment methods that increase the surface area of these materials to reduce postoperative healing period, and implants manufactured by these surface treatment methods can improve bone adhesion due to an increase in contact area with 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.Meanwhile, hydroxyapatite is known to be a material that can be used directly in a living body because its structure and chemical composition are similar to those of dental enamel and bone. In addition, because of its excellent bioactivity and biocompatibility, it is used not only as a material for implants used for bone tissue regeneration, but also as a drug delivery system in drug and gene delivery systems. It is known as a material that promotes the growth of bone tissue due to the excellent biocompatibility and biocompatibility of apatite hydroxide. However, the apatite hydroxide material has a problem that it is difficult to use alone because of 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 for increasing the success rate of implants include Ti plasma spray and apatite hydroxide coating. In the case of Ti plasma spray, the Ti particles coated on the surface are separated from the implant and dispersed in surrounding tissues, thereby weakening the bone binding force or causing inflammation, and the apatite hydroxide coating method is apatite hydroxide material because the process is performed at high temperature There is a problem that causes a change in properties.

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 made in view of the above points, and has an object to provide a titanium implant having improved bioactivity and bone-binding ability by maintaining excellent biocompatibility of apatite hydroxide while simultaneously having excellent mechanical properties and a method for 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 is a titanium support having at least one selected from a carboxyl group and an amine group attached to a surface, covering the surface of the titanium support with a predetermined area, and a plurality of nano-hydroxylated apatites having a carboxyl group attached to the surface. And it provides a titanium implant comprising a carboxyl group and an amine group, a bio-friendly linker connecting the titanium support and nano-hydroxylates through peptide bonds.

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 nano-hydroxylated apatites 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 to 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 linkage 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 apatite hydroxide nanorods 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 bound 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 an aminosilane-based compound to bond at least one selected from a carboxyl group and an amine group to the titanium support surface, a carboxyl group on the titanium support surface And linking the bio-friendly linker comprising an amine group by peptide bonding, treating nano-apatite with an aqueous solution containing amino acids having a succinic acid or carboxyl group and an amine group, and bonding the carboxyl group to the surface of the nano-hydroxyapatite. It provides a method for producing a titanium implant comprising the step of connecting a bio-friendly linker connected to the surface of the titanium support, and a nano-hydroxylate coupled to a carboxyl group by peptide bonding.

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, and an amine group may be bound 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 apatite hydroxide, thereby improving bioactivity and bone binding power, and accordingly, it is possible to significantly reduce the healing period after implant 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 a titanium support surface.
2B is an SEM image of the titanium support surface.
Figure 2c is a SEM image of the titanium support surface is apatite hydroxide nanorods are fixed to the surface.
Figure 2d is a SEM image of the surface of the titanium support is fixed apatite hydroxide nanorods on the surface.
3 is a TEM image of a hydroxide nanoparticles.
Figure 4a shows the results of the surface EDS analysis of the titanium support.
Figure 4b shows the results of the surface EDS analysis of the titanium support with an amine group bonded to the surface.
Figure 4c shows the results of the surface EDS analysis of the titanium support with an amine group bonded to the surface.
Figure 4d shows the results of the surface EDS analysis of the titanium support is fixed apatite nanorods on the surface.
5A is a fluorescence micrograph of the titanium support surface.
5B is a fluorescence micrograph of the surface of the titanium support having an amine group attached to the surface.
Figure 5c is a fluorescence micrograph of the surface of the titanium support peptide is albumin on the surface.
FIG. 6 is a graph showing XPS analysis results for a titanium support and a titanium implant with apatite hydroxide nanorods fixed on the surface.
7A is a surface SEM image of the day 1 after culturing osteoblasts on a titanium support.
Figure 7b is a surface SEM image of the day 1 after culturing osteoblasts on a titanium support with apatite hydroxide nanorods fixed on the surface.
Figure 7c is a surface SEM image of the day 3 after culturing osteoblasts on a titanium support.
Figure 7d is a surface SEM image of the day 3 after culturing osteoblasts on a titanium support with apatite hydroxide nanorods fixed on the surface.
8A is a fluorescence micrograph of the titanium support surface treated with Live / dead staining staining.
Figure 8b is a fluorescence micrograph of the surface of the titanium support with apatite hydroxide nanorods fixed on the surface, treated with Live / dead staining staining.
9A is a graph showing the results of measuring formazan absorbance for osteoblast activity in the first day of culture for a titanium support (Ti) and a titanium support (Ti-HA) with apatite hydroxide nanorods fixed on the surface.
9B is a graph showing the results of measuring formazan absorbance for osteoblast activity at day 3 of culture for a titanium support (Ti) and a titanium support (Ti-HA) with apatite hydroxide nanorods 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 has low bone bonding strength, and thus is difficult to be practically used as the implant itself. In order to improve the bone bonding strength of the titanium-based implant, a method of coating a titanium hydroxide with excellent bioactivity on a titanium support can be used, but the binding strength of the apatite hydroxide to a metal is remarkably low so that the apatite particles in the human body are separated from the titanium support. There are problems.

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 the hydroxide apatite in a nano size, by fixing the prepared nano-hydroxyapatite on the surface of the titanium support using a bio-friendly linkage, it improves the binding strength of the apatite to a metal and maintains excellent biocompatibility of the apatite. Titanium implant has the advantage of simultaneously improving the bioactivity and bone binding capacity.

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, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily practice. The present invention can be implemented in many 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 is a titanium support having at least one selected from a carboxyl group and an amine group attached to a surface, a surface of the titanium support covering a predetermined area, and a plurality of nano-hydroxylated apatites and carboxyl groups having a carboxyl group attached to the surface, and It includes an amine group, and a bio-friendly linker connecting the titanium support and nano-apatite 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, and may be, 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 the bio-friendly linker.

상기 나노 수산화아파타이트는 상기 티타늄 지지체 표면에 고정되어 임플란트의 생체 활성과 골결합력을 향상시킬 수 있다.The nano-hydroxylated apatite is fixed to the surface of the titanium support to improve the bioactivity and bone bonding power 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 apatites 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 nano having an aspect ratio of 1.2 to 20 It can only contain 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, the surface area of the nano-hydroxylated apatite is larger than that of the nanoparticles, so that the physiological activity of the bone cells is more excellent, and thus the adhesion of the bone 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, there is a fear that the surface area of the nano-hydroxyapatite decreases compared to the mass, thereby deteriorating bone adhesion, and the nanoparticles having an average particle diameter of less than 10 nm are substantially not easy to manufacture. It 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, there is a possibility that the surface area of the nanohydroxyapatite decreases in mass compared to the shape of the nanoparticles, resulting in a decrease in bone adhesion, and when the aspect ratio exceeds 20, the titanium due to steric hindrance 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 apatite hydroxide nanorods may be 30 to 500 nm. If the length of the apatite hydroxide nanorods is less than 30 nm, bone adhesion may be deteriorated, and if it exceeds 500 nm, there may be problems such as difficulty in fixing on the titanium support due to poor surface reactivity due to steric hindrance.

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

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-hydroxylate apatite can 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 power of the implant may be lowered, and the nano-hydroxylated apatite may be physically immobilized to cover more than 50%. As a superposition, there is a fear that the nano-hydroxylated apatite is physically laminated without being connected to a 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 of the implant and bone-binding ability 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 Figure 2d, it can be seen that the titanium implant according to an embodiment of the present invention is fixed so that the nano-hydroxylate apatite covers the surface area of the titanium support 14.6%.

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 connecting body may serve to fix the nano-hydroxylate apatite on the surface of the titanium support. The bio-friendly linker may be at least one selected from oligopeptides comprising a carboxyl group and an amine group, a polypeptide including a carboxyl group and an amine group, and a protein including a carboxyl group and an amine group, and the carboxyl group and amine group included in the bio-friendly linker The nano-hydroxylated apatite can be fixed on the surface of the titanium support by forming a peptide bond with an amine group or a carboxyl group attached to the surface of the titanium support and a carboxyl group attached to the surface of the nano-hydroxyapatite.

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

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

다음으로, 본 발명에 따른 티타늄 임플란트의 제조방법에 대하여 설명한다.Next, a method for 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, a titanium support is treated with a solution containing at least one selected from succinic acid and an aminosilane-based compound to bond at least one selected from carboxyl 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-based compound, and in this case, a biocompatible linkage may be more readily coupled 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 is 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 included in the solution in an amount of 0.01 to 10% by weight, and when included in the solution in an amount of less than 0.01% by weight, an amine group and / or a carboxyl group bound to the surface of the titanium support When the amount exceeds 10% by weight, the binding efficiency of the carboxyl group and / or the amine group that is substantially bound to the amount of the aminosilane-based 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 method for treating the solution may use a method of conventionally modifying hydroxide to an amine group or a carboxyl group, and may be, for example, 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.The solvent included in the solution may be used without limitation as long as it is a common solvent used in the surface modification method using the aminosilane-based compound and / or succinic acid, and may be, for example, ethanol, but is not limited thereto.

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

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 linker to the surface of the titanium support may be performed by immersing the titanium support in a solution containing the bio-friendly linker, 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 nano-hydroxylate 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 nano-hydroxylate.

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 the carboxyl group is bonded to the surface of the nano-hydroxylated apatite using the amino acid, the solution may further include a coupling agent, and the coupling agent may be used in 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 preferably be 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 more than treated 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 is an amino acid having a carboxyl group in the side chain, but may preferably be 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 (N-hydroxysuccinimide) and 0.1-0.7 parts by weight of L-glutamic acid.

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-hydroxylate connected to the carboxyl group are connected.

상기 생체 친화적 연결체 및 나노 수산화아파타이트는 펩티드 결합에 의하여 화학적으로 결합되어 연결될 수 있다.The bio-friendly linker and nano-hydroxylated apatite may be chemically bound and linked by peptide bonds.

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-apatite hydroxide may be mixed with a solvent capable of maintaining dispersibility, for example, water, and then treated with, for example, an immersion method on a titanium support to which the bio-friendly linker is connected.

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 apatite hydroxide nanoparticles may be included in the solvent 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.Titanium support (Ti-) on which the surface is treated with sand blasted titanium support (Biotem Implant) (Ti) with an ethanol solution containing 1% by weight of APTES at room temperature for 4 hours at room temperature. NH 2 ) was prepared. A solution containing albumin on the prepared titanium support was treated at room temperature for 24 hours to prepare a titanium support (Ti-A) in which albumin is 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 ) 2 · 4H 2 O (57.5g) and NH 4 OH were mixed to prepare an aqueous solution of pH 10.4. Distilled water (400ml) and (NH 4 ) H 2 PO 3 (19.75g) were added to the prepared aqueous solution, and the mixture was stirred at room temperature and left standing 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). The obtained nanohydroxyapatite mostly showed the shape 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-apatite hydroxide (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 to add 12. The mixture was mixed for a time to prepare a hydroxide nanoparticle (HA-g) having a carboxyl group on its surface.

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 Ti-A at room temperature for 24 hours to peptide-bond the amine group contained in the albumin of Ti-A and the carboxyl group of HA-g. The obtained titanium support was washed with distilled water to obtain a titanium implant (Ti-HA) with apatite hydroxide nanorods fixed on its surface.

(비교예1)(Comparative Example 1)

상용 제품인 티타늄 지지체(바이오템임플란트)를 준비하였다.A commercial product, a 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 titanium support (Ti) of Comparative Example 1 and the surface of the titanium support (Ti-HA) with apatite hydroxide nanorods fixed on the surface prepared in Example 1 were observed with FE-SEM (S-4300 HITACHI), and the result was obtained. 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 titanium support surface. Referring to Figure 2d, it can be seen that the apatite hydroxide 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-hydroxylate apatite shows the shape of the nanorod, and the length of the nanorod is 30-500 nm.

(실험예 3) EDS 분석(Experiment 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.EDS analysis of the surface 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 apatite hydroxide nanorods 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 Si, C, and O element contents (at%) of Ti-NH 2 increased compared to Ti, and indirectly confirm that APTES is bonded to the titanium support surface. You 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.When comparing FIGS. 4C and 4D, it can be seen that the P and Ca element contents (at%) of Ti-HA increased compared to Ti-NH 2 , and that the apatite hydroxide nanorods were bonded to the titanium support surface. You can check 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 surface 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 bound to the surface. The results are shown in FIGS. 5A to 5C.

형광물질로 아민기와 반응하여 녹색 형광을 발현하는 FITC를 사용하였다.FITC was used to express green fluorescence by reacting with an amine group as a fluorescent material.

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, Ti does not express green fluorescence, while Ti-NH 2 and Ti-A show green fluorescence 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 point where the albumin reacts with the amine group on the surface of the Ti-NH 2 surface and albumin is peptide-bonded. You can check 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 the titanium support (Ti) and titanium implant (Ti-HA) with apatite hydroxide nanorods fixed on the surface, and the results are shown in Tables 1 and 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, it can be seen that as a result of XPS analysis of the Ti surface, Ca and P element peaks were not observed, while the Ti-HA surface showed Ca and P element peaks.

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, 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. Can be.

(실험예 6) 조골세포의 점착 거동 관찰(Experimental Example 6) Observation of the 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 examined in vitro in order to confirm cellular suitability for titanium support (Ti) and titanium implant (Ti-HA) with apatite hydroxide nanorods fixed on the surface. After placing Ti and Ti-HA disks in a 4-Well dish, a culture medium (DMEM) having an osteoblast cell concentration of 3 x 10 4 cells / ml was prepared, and cell seeding was performed by 1 ml. After incubation for 24 hours and 72 hours in a 37 ° C, 5% CO 2 incubator, the culture solution 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 the first day culture, there was no significant difference in the number or activity of cells adhered to Ti (FIG. 7A) and Ti-HA (FIG. 7B). On the other hand, as a result of day 3 culture, cells adhered to Ti (FIG. 7C) exhibited a rounded shape, but cells adhered to Ti-HA (FIG. 7D) were confirmed to adhere well in a flat shape. Through this, it can be seen that Ti-HA has a good effect on cell adhesion and cell spreading.

2) Live/dead staining 염색 평가2) Live / dead staining dye 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 the apatite nanorods are introduced to the surface of the titanium support, the titanium support (Ti) and the apatite hydroxide nanorods are fixed to the surface using the Live / dead staining staining method to confirm the effect of the apatite hydroxide nanorods on the cells. 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. As a reagent used in this staining method, Calcein-AM, which was a non-fluorescent substance, enters the cell, reacts with an intracellular ester hydrolase (esterase), converts it to a fluorescent substance, and becomes green fluorescent, 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 ion-bonds with the cell nucleus that exhibits negative ions, resulting in 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.In both Ti and Ti-HA, red fluorescence by PI did not appear and only green fluorescence by Calcein-AM was expressed. Through this, it is determined that the apatite hydroxide nanorods introduced into the titanium support does not negatively affect the physiological activity of osteoblasts.

(실험예 7) 세포 증식 활성 평가(Experimental Example 7) Evaluation of cell proliferation activity

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 in a 4-well dish, a culture medium (DMEM) having an osteoblast cell concentration of 3 x 10 4 cells / ml was prepared, and cell seeding was performed by 1 ml. After incubation for 1 or 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 for 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, there was no significant difference in the P value of 0.05 or more on the first day of culture, but a significant difference in the P value of 0.05 or less on the third day of culture. This does not differ in the pattern of cell proliferation on day 1 of culture, but from day 3, it is considered that cell proliferation is more activated in Ti-HA.

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 one embodiment of the present invention has been described above, the spirit of the present invention is not limited to the embodiments presented herein, and those skilled in the art to understand the spirit of the present invention may add elements within the scope of the same spirit. However, other embodiments may be easily proposed by changing, deleting, adding, or the like, but this will also be considered to be 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 attached to a surface;
A plurality of nano-hydroxylated apatites covering the surface of the titanium support with a predetermined area and having a carboxyl group bonded to the surface; And
A bio-friendly linker comprising a carboxyl group and an amine group, and connecting the titanium support and nano-hydroxylates via peptide bonds;
Titanium implant containing.
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.
According to claim 1,
The nano-hydroxylated apatites are titanium implants 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.
According to claim 2,
Titanium implant, characterized in that the length of the nanorods 30 ~ 500 nm.
제1항에 있어서,
상기 나노 수산화아파타이트는 1.2 ~ 20의 종횡비를 갖는 나노로드인 것을 특징으로 하는 티타늄 임플란트.
According to claim 1,
The nano-hydroxylated apatite is a titanium implant, characterized in that the nano-rod 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.
According to claim 1,
The bio-friendly linkage is a titanium implant, characterized in that at least one selected from oligopeptides, polypeptides and proteins comprising carboxyl and amine groups.
제1항에 있어서,
상기 수산화아파타이트 나노로드는 상기 티타늄 지지체 표면적의 1~50%를 덮도록 고정된 것을 특징으로 하는 티타늄 임플란트.
According to claim 1,
The titanium hydroxide implant is characterized in that the nanorod is 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.
According to claim 1,
The titanium support is 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 a titanium support with a solution containing at least one selected from succinic acid and an aminosilane-based compound to bond at least one selected from carboxyl and amine groups to the surface of the titanium support;
Connecting a biocompatible linker comprising a carboxyl group and an amine group to the titanium support surface by peptide bonding;
A step of treating nanoapatite 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
A step of connecting a bio-friendly linker linked to the surface of the titanium support and nano-hydroxylated apatite bound with a carboxyl group by peptide bonding;
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,
A method for producing a titanium implant, characterized in that the amino acid having the carboxyl group and 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 treated with a solution containing an aminosilane-based compound, and a method of manufacturing a titanium implant is characterized in that an amine group is bonded to the surface of the titanium support.
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