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치아엔 티타늄-스텐트엔 니티놀, 생체 금속의 세계

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치아엔 티타늄-스텐트엔 니티놀, 생체 금속의 세계

2014.12.12 07:00

사고로 오른팔을 잃은 트럭 운전사가 올해 샬메르스공대에서 개발한 로봇팔을 이식받았다.  - 샬메르스공대 제공
사고로 오른팔을 잃은 트럭 운전사가 올해 샬메르스공대에서 개발한 로봇팔을 이식받았다.  - 샬메르스공대 제공

 

 

올해 1월 스웨덴 샬메르스공대 연구진은 사고로 오른팔을 잃은 트럭 운전사에게 로봇 팔을 이식했다. 로봇 팔을 단 운전자는 과학 학술지 ‘네이처’와의 인터뷰에서 “실제 팔처럼 자연스럽게 잘 움직인다”고 밝혔다. 운전사의 ‘진짜’ 팔과 ‘가짜’ 팔이 하나가 될 수 있도록 이어준 건 바로 티타늄 연결장치. 항공기 동체 재료로 쓰이는 티타늄은 최근 생체 금속으로 더욱 각광받고 있다. 


● 생체금속 대표 후보 티타늄-니티놀  

 

티타늄은 생체 안정성도 높다. 체내 물질과 거의 반응하지 않아 부식되거나 변질되는 등 몸에서 이상 작용을 일으키지 않는다. 현재 티타늄이 가장 널리 사용되는 곳은 임플란트다. 티타늄의 강도를 높이기 위해 임플란트 아랫부분의 나사는 티타늄에 알루미늄 6%와 바나듐 4%를 첨가한 합금을 쓰기도 한다.
 

도정만 한국과학기술연구원(KIST) 책임연구원은 “이리듐도 금속을 더 단단하게 만드는 역할을 한다”며 “2011년 제5대 국새를 제작할 때 강도를 높이기 위해 금 합금에 이리듐을 0.1% 첨가했다”고 말했다.
 

지르코늄도 훌륭한 생체 금속 후보다. 지르코늄은 티타늄보다 생체 안정성이 높아 생체 금속에 최적화된 재료로 평가받는다. 하지만 국내에서 전혀 생산되지 않는 데다가 미국의 경우 지르코늄을 군수용으로 지정해 수출을 일절 금하고 있어 티타늄보다 활용도가 떨어진다. 또 코발트와 크롬을 섞은 코발트 크롬은 강도가 높고 쉽게 닳지 않아 인공관절 재료로 안성맞춤이다.
 

‘유연함’으로 승부하는 생체 금속도 있다. 티타늄과 니켈을 1 대 1로 섞은 니티놀은 심장 스텐트(혈관 확장용 삽입장치) 소재로 쓰인다. 니티놀은 일정한 온도가 되면 원래 모양으로 돌아오려는 성질이 뛰어나 대표적인 형상기억 합금으로 분류된다. 니티놀로 스텐트를 작게 만들어 혈관에 삽입하면 체온에 의해 니티놀이 일정 크기까지 늘어나면서 스텐트가 혈관을 쉽게 확장할 수 있다. 

 

 

석현광 KIST 책임연구원.  - KIST 제공
석현광 KIST 책임연구원.  - KIST 제공

● 체내에서 녹는 금속도 개발 중 

 

최근 국내에서는 체내에서 분해되는 생체 금속 연구도 진행되고 있다. 임플란트나 인공관절처럼 한번 몸속에 들어가면 반영구적으로 사용되는 경우도 있지만 부러진 뼈를 이어주는 생체금속의 경우 뼈가 붙고 나면 금속을 제거하는 수술을 한 차례 더 받아야 한다. 생체금속이 저절로 녹는다면 수술을 두 번 받을 필요가 없다.
 

석현광 KIST 책임연구원은 우리 몸에 필요한 미네랄 중 하나인 마그네슘을 골랐다. 하지만 마그네슘 자체로는 강도가 약할 뿐 아니라 뼈가 다 붙기도 전에 너무 빨리 분해된다는 단점이 있다.
 

석 연구원은 칼슘과 아연을 마그네슘에 추가해 마그네슘 합금을 만들었다. 마그네슘 합금은 마그네슘보다 강도가 높으면서도 분해 속도는 3만분의 1로 느려졌다. 석 연구원은 “마그네슘 합금으로 만든 1cm 길이 나사가 몸에서 완전히 녹는 데 최소 6개월 정도 걸린다”면서 “현재 임상시험을 진행 중”이라고 밝혔다.

 

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