티타늄 임플란트 표면처리에서의 나노테크놀로지
Nanotechnology in the Surface Treatment of Titanium Implant.
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초록
나노 구조는 마이크로 구조에 비하여 높은 비표면적과 우수한 생물학적 응용력으로 인하여 최근에 각광받고 있다. 생체재료 및 임플란트 개발과 관련하여, 세포는 주변의 지형에 의해 상당히 영향을 받고, 이러한세포들이 나노구조에 세포 부착, 증식 및 기능 형성 면에 있어서 상당히 긍정적으로 작용한다는 여러 연구결과들이 발표되었다. 뿐만 아니라, 생체 내 및 생체 외 실험 결과를 통하여 나노 구조에서 배양된 다양한 종류의 세포들이 기존과는 다른 형태임을 최근 연구 결과들에서 나타나고 있다1~13). 세포와 나노 구조간의 상호작용에 관한 연구는 생체재료 연구에 있어서 최근에 가장 각광받고 있는 연구 분야 중의 하나로서, 이는 생체재료 표면에 세포와 거의 같거나 이보다 작은 크기의 정형화된 구조를가지는 나노크기의 구조를 제조하여, 기존의 매크로 및마이크로 구조에서 보였던 세포와 표면 간의 상호 작용과는 다른 새로운 세포의 거동 및 진화를 탐구하는 것이다. 이러한 나노구조를 이용한 생체재료 연구 중에서현재 가장 각광받고 있는 분야는 TiO2 (티타니아) 나노튜브이다. 티타늄과 티타늄 합금이 뛰어한 기계적 물성및 우수한 생체친화성 및 내부식성으로 인하여 임플란트 재료로 가장 널리 사용되는 재료 중의 하나라는 것은 이미 익히 알려진 사실이다. 티타니아 나노튜브는이러한 티타늄 임플란트 재료 표면에 제조가 용이하며,제조 조건에 따라 수-수백 나노미터의 직경과 수십나노-수백 마이크로 미터의 길이를 가진 나노튜브를 제조할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
Abstract
Tissue engineering has been enhanced by advance in biomaterial nature, surface structure and design. In this paper, I report specifically vertically aligned titania (TiO2) nanotube surface structuring for optimization of titanium implants utilizing nanotechnology. The formation, mechanism, characteristics of titania nanotubes are explained and emerging critical role in tissue engineering and regenerative medicine is reviewed. The main focus of this paper is on the unique 3 dimensional tubular shaped nanostructure of titania and its effects on creating epochal impacts on cell behavior. Particularly, I discuss how different cells cultured on titania nanotube are adhered, proliferated, differentiated and showed phenotypic functionality compared to those cultured on flat titanium. As a matter of fact, the presence of titania nanotube surface structuring on titanium for dental applications had an important effect improving the proliferation and mineralization of osteoblasts in vitro, and enhancing the bone bonding strength with rabbit tibia over conventional titanium implants in vivo. The nano-features of titania nanotubular structure are expected to be advantageous in regulating many positive cell and tissue responses for various tissue engineering and regenerative medicine applications.
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