순환 석회화전처리가 Ti-6Al-4V 합금제 교정용 미니스크류의 생체활성도에 미치는 영향
Effect of cyclic pre-calcification treatment on bioactivity of Ti-6Al-4V alloy orthodontic miniscrew
박제혁, 황조연, 원은규, 김연우, 양규리, 전우용, 이민호, 배태성,
소속 상세정보
박제혁 ( Park Je-Hyeok ) - Chonbuk National University School of Dentistry Department of Orthodontics
황조연 ( Hwang Jo-Yeon ) - Chonbuk National University School of Dentistry Department of Orthodontics
원은규 ( Won Eun-Kyu ) - Chonbuk National University School of Dentistry Department of Orthodontics
김연우 ( Kim Yeon-Woo ) - Chonbuk National University School of Dentistry Department of Orthodontics
양규리 ( Yang Ku-Ri ) - Chonbuk National University School of Dentistry Department of Orthodontics
전우용 ( Jeon Woo-Yong ) - Gwangyang Health College Department of Dental Engineering
이민호 ( Lee Min-Ho ) - Chonbuk National University School of Dentistry Department of Dental Biomaterials
배태성 ( Bae Tae-Sung ) - Chonbuk National University School of Dentistry Department of Dental Biomaterials
Abstract
본 연구는 기계적으로 유지되는 생체불활성의 Ti-6Al-4V 합금제 교정용 미니스크류에 생체활성을 부여하기 위한 기초적인 자료를 얻기 위해 시행되었다. 20 × 10 × 1 mm 크기로 절단한 Ti-6Al-4V ELI 합금으로 판상 시편과 교정용 미니스크류를 제작한 다음 20 wt% H2O 및 1.5 wt% NH4F를 함유하는 글리세롤 전해액에서 20 V 전압을 1시간 동안 인가하여 나노튜브 TiO2 층을 형성하였다. 그 후, 생체 활성을 개선하기 위해 시편을 37 ℃ 0.5 vol% 실리카 수용액에 5분동안 침지하고서 90°C 0.05 M NH4H2PO4와 0.01 M Ca(OH)2 용액에서 침지주기 1분으로 20회 순환 석회화전처리를 시행한 다음 유사체액에 1일과 3일 동안 침지하고서 인산칼슘의 석출 양상을 조사한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다. 양극산화처리한 표면에 생성된 TiO2 나노튜브들은 속이 비어있는 독립된 튜브구조이고 인접한 튜브들과는 외벽이 부착되어 있었다. 순환 석회화전처리와 열처리한 표면에는 미세한 과립상의 인산칼슘계 석출물들이 덩어리를 이루며 생성되었다. SBF 침지 후 표면에 HA 석출의 초기단계에서 관찰되는 돌기상들이 치밀하게 석출되었으며, X-선 회절분석 결과, HA와 ocatcalcium phosphote로 나타났다. 이상의 결과로 미루어 볼 때, Ti-6Al-4V 합금 제 교정용 미니스크류를 glycerol 수용액에서 전기화학적으로 양극산화처리하여 나노튜브 TiO2 층을 형성한 다음 NH4H2PO4와 0.01 M Ca(OH)2 용액에서 순환 석회화전처리를 하여 인산칼슘 석출을 유도하는 것은 생체활성도 개선의 유효한 수단이 될 수 있을 것으로 생각된다.
This study was performed to evaluate the effect of cyclic precalcification treatment on the improvement of bioactivity of Ti-6Al-4V mini-screws. The cutted plate-shaped specimens of 10 mm × 10 mm dimensions, and a mini-screw with a diameter of 1.6 mm × 6.0 mm in length were used. Anodic oxidation treatment was carried out in a glycerol electrolyte solution containing 20 wt% H2O and 1.5 wt% NH4F. Voltage of 20 V with current density of 20 mA/cm2 was applied for 1 hour to form a nanotube TiO2 layer. Afterwards, to improve the bioactivity, specimens were immersed in 0.5 vol% silica aqueous solution at 37 ℃ for 5 minutes, and then cyclic precalcification treatment with 0.05 M NH4H2PO4 and 0.01 M Ca(OH)2 solution at 90 ℃ was repeated with 20 times. Based on surface treatment the experimental groups were divided into three groups, namely untreated group (UT), anodized and heat-treated group (AH), and anodized, silica-treated, cyclic precalcified and heat-treated group (ASPH). There were TiO2 nanotubes completely self-aligned and formed in a dense structure on the surface after anodic oxidation treatment. A fine granular cluster layer of hydroxyapatite and octacalcium phosphate were formed on the surface after the cyclic precalcification treatment. As a result of immersion test in the simulated body fluid (SBF), bioactivity was confirmed to be improved by the precipitation of protrusions appearing at the initial stage of formation of hydroxyapatite.
키워드
Ti-6Al-4V 합금제 교정용 미니스크류; 양극산화처리; 순환 석회화전처리; 생체활성도
Orthodontic mini-screw; Anodic oxidation; Cyclic precalcification; Bioactivity
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