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생체용 티타늄합금의 개발과 고역학적 생체적합화

전문가 제언: ○ 내식성이 우수하고 비강도가 큰 티타늄은 의료용 소재로 많이 사용되고 있다. α＋β형 티타늄합금의 영률은 스테인리스강 및 CoCr합금의 약 1/2이며, 특히 β형 티타늄합금은 영률이 작아서 뼈의 외측에 해당되는 피질골의 영률과 거의 근사하여 역학적 생체적합성이 우수하다.

○ 티타늄을 뼈조직에 삽입하면 다른 금속재료보다 조기에 주위의 뼈조직이 밀착하여 형성되며 뼈와의 결합도 강해진다. 경조직 적합성을 결정하는 인자는 표면상태(거칠기), 젖음성 등이며 그들에 따라 결정되는 세포접착성, 세포분화가 중요하다.

○ 골수조직과 접촉하는 뼈고정용 스크류의 소재로 티타늄을 사용하면 반골을 형성하여 뼈와 유합하기 때문에 이것을 빼내어 제거하는데 어려움이 따른다. 이는 티타늄의 양호한 경조직 적합성에 기인하는 것으로서 골수조직 접촉부재로 티타늄을 사용하기 위해서는 골형성을 억제하는 표면처리법을 개발할 필요가 있으며, 또한 예비실험을 통하여 이를 검증하기 위한 평가 실험이 선행되어야 한다.

○ 치과에서 사용하는 교정용 와이어로서 초탄성을 응용한 TiNi합금 와이어는 이빨의 이동에 적합한 교정력을 지속적으로 발휘할 수 있어서 임상응용에 널리 사용되고 있다. 그러나 Ni에 의한 생체 알레르기성 때문에 생체역학적인 측면에서 Ti-Nb계, TiMo계, TiTa계, TiCr계합금 등이 새로운 의료용 형상기억합금으로 개발되고 있는데 이들 신합금에 대한 생체적합성을 위해 세포적합성, 경조직적합성, 연조직적합성, 내식성 등을 확보하는 것이 중요하다.

○ Ti-Nb계 형상기억합금의 형상기억능력과 초탄성 특성의 극대화를 달성하려면 합금에 첨가되는 침입형 원소에 따른 마르텐사이트 변태거동을 완전히 규명하는 것이 필수적이다. 국내의 고부가가치 생체재료 기술수준을 높이기 위해서는 생체 소재 및 부품화 기술개발의 경험이 많은 재료연구소(KIMS)의 티타늄 연구실, HA가 첨가된 Ti-Nb계 합금의 연구 실적이 있는 전북대학교 신소재개발연구센터 등을 중심으로 연구개발을 적극적으로 수행할 필요가 있다.

저자: Mitsuo Niinomi
자료유형: 학술정보