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출연연 첫 화상 연구성과 발표 들었습니다…KIST 임플란트 코팅용 인공뼈

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출연연 첫 화상 연구성과 발표 들었습니다…KIST 임플란트 코팅용 인공뼈

2020.10.06 12:16
30분만에 3배 단단하게 붙여…자유로운 토론 방식 과학자-기자 소통기회 넓혀
전호정 한국과학기술연구원(KIST) 생체재료연구센터 책임연구원팀은 생체 이식용 재료 표면에 기존보다 3배 이상 단단하게 달라붙는 세라믹 인공뼈 코팅 기술을 개발했다. KIST 제공
전호정 한국과학기술연구원(KIST) 생체재료연구센터 책임연구원팀은 생체 이식용 재료 표면에 기존보다 3배 이상 단단하게 달라붙는 세라믹 인공뼈 코팅 기술을 개발했다. KIST 제공

국내 연구팀이 골질환에 쓰이는 임플란트가 일으키는 염증과 같은 부작용을 없애기 위해 활용되는 인공뼈 코팅을 3배 이상 단단하게 유지하면서도 코팅에 드는 시간은 하루에서 한 시간 내로 줄이는 기술을 개발했다.

 

이번 연구결과는 발표에 앞선 5일 화상회의 애플리케이션인 '구글 미트'를 통한 온라인 브리핑으로 먼저 소개됐다. 정부출연연구기관에서 회의 형식의 온라인 브리핑을 활용해 연구성과를 소개한 것은 이번이 처음이다. 온라인 브리핑은 전 책임연구원이 프레젠테이션을 활용해 연구성과를 소개한 후 기자들이 질의응답하는 방식으로 진행됐다.

 

전호정 한국과학기술연구원(KIST) 생체재료연구센터 책임연구원팀은 생체 이식용 재료 표면에 기존보다 3배 이상 단단하게 달라붙는 세라믹 인공뼈 코팅 기술을 개발했다고 이달 6일 밝혔다.

 

급격한 고령화와 더불어 골질환이 늘어나면서 치료를 위한 치과나 정형외과용 임플란트 이용도 늘어나고 있다. 뼈에 쓰이는 임플란트는 체내 뼈 조직과 빠르게 결합하지 않으면 헐거워지거나 염증이 생기는 부작용이 있다. 빠른 결합을 돕기 위해 뼈와 같은 성분의 세라믹 소재인 ‘하이드록시아파타이트’와 같은 인공뼈를 임플란트에 코팅하는 방법이 시도되고 있다. 문제는 코팅에만 열처리와 스프레이 공정 등 복잡한 과정을 거지면서 하루 이상이 소비된다는 점이었다.

 

연구팀은 복잡한 공정 대신 나노초 레이저 장비 하나만으로 한 시간 내로 인공뼈를 임플란트 전체에 코팅하는 기술을 개발했다. 칼슘과 인 성분을 넣은 용액에 임플란트를 넣은 후 레이저를 쪼이는 공정을 이용했다. 레이저를 가한 부위만 온도가 1000도 이상으로 올라가면서 칼슘과 인산 이온이 하이드록시아파타이트로 합성됨과 동시에 임플란트 표면에 코팅된다.

 

연구팀이 개발한 레이저 가공기술은 나노초 레이저를 티타늄 임플란트 표면에 쪼면 온도가 1000도 이상으로 높아져 티타늄이 녹는 것과 동시에 칼슘과 인산 이온이 결합하며 하이드록시아파타이트를 형성한다. 티타늄은 다시 굳으면서 하이드록시아파타이트와 더욱 단단하게 결합하게 된다. KIST 제공
연구팀이 개발한 레이저 코팅기술이다. 나노초 레이저를 티타늄 임플란트 표면에 쪼면 온도가 1000도 이상으로 높아져 티타늄이 녹는 것과 동시에 칼슘과 인산 이온이 결합하며 하이드록시아파타이트를 형성한다. 티타늄은 다시 굳으면서 하이드록시아파타이트와 더욱 단단하게 결합하게 된다. KIST 제공

온도를 높이는 과정에서 임플란트도 녹은 후 다시 굳기 때문에 코팅 결합력이 기존 기술보다 3~4배 높아지는 것으로 나타났다. 나사 모양의 임플란트는 나사를 돌려 고정하는 과정에서 코팅이 상당수 벗겨지지만 연구팀의 임플란트는 나사를 체결한 후에도 인공뼈 코팅이 남아있는 것으로 확인된 것이다.

 

전 책임연구원의 발표와 기자들의 질의응답 과정은 전 과정에서 끊기거나 막히는 일 없이 순탄하게 진행됐다. 전 책임연구원은 브리핑에서 “지금은 고농도 용액 안에 임플란트를 넣고 하루 동안 기다려야 하는데 레이저를 통해 온도를 높여 이를 수초로 단축하는 기술”이라며  “금속뿐 아니라 고분자 임플란트에도 똑같은 방식으로 코팅할 수 있다는 장점도 있다”고 말했다.

 

KIST에서 전호정 책임연구원 연구성과 온라인 브리핑을 진행하고 있다. KIST 브리핑 캡처
KIST에서 전호정 책임연구원 연구성과 온라인 브리핑을 진행하고 있다. 이번 브리핑은 KIST의 첫 온라인 브리핑으로 정부출연연구기관 중에서 처음으로 시도됐다. KIST 브리핑 캡처

연구팀은 관련 연구결과를 토대로 국내 정형외과와 임상연구를 진행할 계획도 브리핑에서 밝혔다. 전 책임연구원은 “새로운 코팅을 적용한 임플란트에서 골세포가 더욱 잘 자라는 효과도 확인했다”며 “최근 범부처전주기의료기기연구개발사업 과제를 받아 동물임상과 전임상 연구를 거쳐 3년 반 후에는 제품화를 목표로 하고 있다”고 말했다.

 

전 책임연구원은 “나노초레이저를 이용한 하이드록시아파타이트 코팅 기법은 생체재료로 주로 쓰이는 티타늄과 폴리에테르에테르케톤(PEEK)과 같은 소재 표면을 간단한 방법으로 생체활성화 시킬 수 있다”며 “골융합을 필요로 하는 다양한 의료기기로 확대 적용이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.

 

연구결과는 지난달 15일 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스’에 발표됐다.

 

연구에 참여한 전호정 책임연구원과 엄승훈 학생연구원, 정용우 학생연구원(왼쪽부터). KIST 제공
연구에 참여한 전호정 책임연구원과 엄승훈 학생연구원, 정용우 학생연구원(왼쪽부터). KIST 제공

 

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