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일반 | 우리 몸에 딱 맞는 생체의료용 소재 나왔다!

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작성일09-10-23 16:02 조회7,193회

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우리 몸에 딱 맞는 생체의료용 소재 나왔다!
재료연, 극저탄성 타이타늄 신합금 국내 최초 개발


재료연구소(소장 조경목) 구조재료연구본부 특수합금연구그룹 이용태 박사팀은 생체친화적인 성분으로 구성돼 인체에 전혀 무해한 극저탄성 타이타늄 신합금(TNZ40)을 국내 최초로 개발했다.

이 박사팀이 개발한 타이타늄 신합금의 탄성계수(변형에 저항하는 정도를 수치화한 것)는 40GPa(기가파스칼)급으로 10~30GPa정도인 인체의 뼈와 비교했을 때 탄성계수가 거의 비슷해 생체친화성이 매우 높아 궁합이 잘 맞다.

이에 따라 전량 수입에 의존하고 있는 타이타늄 생체용 부품의 국산화 시대를 여는 데 큰 도움이 될 것으로 기대된다.

타이타늄은 인체 내에서 화학적 안전성과 생체적합성이 높아 임플란트 등 인체의 뼈를 대체하는 생체의료용 소재로 많이 활용되고 있다.

하지만 우리 몸 속 뼈와 임플란트나 인공관절 등은 탄성계수 차이로 발생하는 응력차폐(stress shielding) 효과를 극복해야 한다.

응력차폐 효과란 탄성계수 차이로 뼈의 밀도가 저하돼 임플란트나 인공관절과 뼈의 결합이 느슨해져 임플란트나 인공관절의 수명이 단축되는 것을 말한다.

지금까지 생체의료용으로 사용된 순수 타이타늄 등은 탄성계수가 100GPa 이상 높은 편이라 최근 전 세계적으로 저탄성계수를 갖는 타이타늄 신합금 개발이 활발하게 전개되고 있다.

이러한 가운데 이 박사팀은 기존 생체의료용으로 사용되는 타이타늄 보다 성능이 훨씬 향상된 소재를 개발했다.

이 박사팀은 각각 합금성분의 원자와 원자 간의 결합 에너지를 계산해 소재의 탄성계수를 컴퓨터 시뮬레이션으로 예측, 낮은 탄성계수를 가진 타이타늄 신합금을 개발했다.

생체의료용으로 개발된 대부분 타이타늄 신합금이 4원계(4개의 원소로 구성)이상으로 구성돼 있는데 반해 이 박사팀은 3개의 원소로 구성된 타이타늄 신합금을 개발, 탄성계수를 인체의 뼈와 비슷한 수준으로 낮췄다.

또 3개의 적은 합금성분으로 구성돼 있고 각 성분의 밀도차가 비교적 크지 않아 용해 및 제조 공정에서 비용을 절약할 수 있고 재활용도 용이하며 성형하기도 쉽다.

이 박사팀이 개발한 극저탄성 타이타늄 신합금은 타이타늄(Ti)과 나이오비움(Nb), 지르코늄(Zr) 등 생체친화적 원소로 구성돼 있다.

알루미늄(Al)과 바나듐(V)으로 구성된 타이타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 경우 알루미늄은 알츠하이머병을 유발하며 바나듐은 세포 독성을 갖고 있는 것으로 알려져 생체의료용으로 사용되는데 기피되고 있다.

극저탄성 타이타늄 신합금은 인공뼈와 치아 임플란트, 수술용 기구 등 생체의료용 부품 뿐 만 아니라 스포츠 레저 용품 등 다양한 분야로 적용할 수 있다.

연구책임자인 이용태 박사는 “타이타늄 신합금이 상용화되면 현재 전량 수입에 의존하고 있는 생체의료용 타이타늄 합금 소재와 부품의 국산화가 가능해 지고 중국시장을 비롯해 일본, 미국 등 해외시장으로 수출할 수도 있을 것”이라며 “뿐 만 아니라 골프, 액세서리 등 일반 민수용 제품에 우선 적용해 본격 양산화하면 연간 수 백 억 원의 매출을 올릴 수 있을 것”이라고 말했다.