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생체용 BCC계 Ti합금의 개발현황과 전망

전문가 제언: ○ 1930년대에 스테인리스강이 임플란트 재료로 사용된 것을 시작으로 인공치근, 골절고정용 플레이트, 인공 고관절 등에 금속재료가 널리 사용되고 있다. 생체용 금속재료에는 Ti합금, 스테인리스강, Co합금, Cr합금 등 여러 가지가 있으나 생체적합성, 내식성, 강도 등의 성질이 우수한 Ti합금이 가장 많이 이용되며 최근에는 생물학적 및 역학적 생체적합성을 고려한 신합금이 많이 개발되고 있다.

○ Ti합금은 우수한 내식성과 함께 골조직과 결합하는 오세오인티그레이션(osseointegration)이라는 현상을 나타내므로 생체재료로서 적합하나 내마모성이 문제로서 이를 개선한 합금으로 Ti-6Al-4V합금이 있다. 그러나 V이 독성을 나타낼 가능성이 높은 것으로 알려져 V를 Ta, Nb로 대체한 합금이나 β형 Ti합금(Ti-15Mo-5Zr-3Al)이 개발되어 있다.

○ Ti합금은 탄성률이 40~45GPa로 다른 금속보다 뼈의 탄성율(10~30GPa)에 가까워 생체조직과 유사한 변형거동을 갖는 점에서 역학적으로도 생체적합성이 우수하다. 이와 같은 저탄성률 β형 생체용 Ti합금에는 Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr합금, Ti-35Nb-7Zr-5Ta합금, Ti-12Mo-6Zr-2Fe합금(TMZF), Ti-Nb-Sn계 합금 등이 있다.

○ 금속재료가 생체재료로서 갖는 최대의 결점은 생체내의 산소나 염분 등에 의한 부식문제로서 부식에 의하여 체내에 용출된 금속은 알레르기, 암, 조직 상해 등을 일으킬 수 있다는 보고도 있어 이에 관한 규명이 필요하다. 또 내구성의 관점에서 임플란트 금속과 뼈가 접촉하여 반복하중이 작용하는 경우의 피로현상(fretting fatigue)과 파괴기구의 해명도 중요하다.

○ 국내에서도 의료용 금속재료가 연구기관과 대학에서 많이 연구되어 임플란트용 인공치근 재료는 국내에서 개발되어 제조되고 있으나 아직 많은 임프란트 제품을 수입에 의존하고 있다. 고령화 사회로 감에 따라 국내의 생체재료 시장은 커지고 있으므로 국민건강 차원에서 생체재료 분야의 연구개발이 활성화되어야 할 것이다.

저자: Mitauo Niinomi
자료유형: 학술정보