부산대학교 도서관

본 논문에서는 나노구조를 갖는 Titanium (Ti) 표면에 플라즈마를 이용한 표면개질을 통해 고분자박막을 제조 한 후, 생체활성물질 (Magnesium (Mg), Hydroxyapatite (HAp), Hyaluronic acid (HA))을 코팅하여 조골모세포(MC3T3-E1)의 부착 및 증식 그리고 분화에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. TiO2 nano-mesh (TiO2 NM)표면은 강알칼리 처리를 통해 제조하였으며, 저온 RF 플라즈마로 Ti과 TiO2 NM 표면에 고분자 (Poly acrylic acid (PAAc), Poly allylamine (PAAm), Poly allyl alcohol (PAAa))박막을 코팅하였다. 그 표면위에 생체활성물질인 Mg, HAp 그리고 HA를 코팅하여 표면 형상 및 조성을 FE-SEM, ATR-FTIR, XRD, XPS 그리고 AFM, 등으로 분석하였다. 또한, 시료표면의 반응기 (아민기, 카르복실기) 함량은 정량분석(Methyl orange (MO), Toluidine blue O (TBO) assay) 을 통해 조사하였고, 접촉각 측정으로 표면 젖음성을 평가하여 다음과 같은 결과를 얻었다.1. TiO2 NM 표면에 Mg 이온 코팅TiO2 NM pore 크기는 100 ㎚ 이며, XRD 분석결과, 결정구조는 아나타제구조 임을 확인하였다. 골 형성 과정을 관찰하기 위하여 생체유사체액에 침지한 결과, TiO2 NM/PAAc/Mg 시료에서 우수한 골형성을 SEM 과 XPS로 확인 할수 있었다. TiO2 NM 를 생체유사체액에 침지시켰을 때 Mg 이온은 HAp 의 핵생성과 성장을 증가시키고, HAp 가 증가함에따라 층의 결정도를 향상시키는 것을 관찰할수 있었다. 2. Ti 표면에 HAp 코팅플라즈마 중합을 통한 아민, 하이드록실, 카르복실기 코팅막은 FE-SEM을 통해 고분자 박막층이 형성되었음을 확인하였다. ATR-FTIR을 통해 아민기 는 3400~3500 ㎝-1, 1560~1640 ㎝-1에서 관찰되었고, 하이드록실 은 1040~1060 ㎝-1 그리고 카르복실기 는 1710 ㎝-1 피크에서 존재함을 관찰하였고, 그위에 HAp 코팅된 시료에서는 HAp 가 갖고 있는 하이드록실 피크 만 관찰할수 있었다. 카르복실기 코팅막에서 가장 우수한 젖음성을 나태내었으며, 약 100 ㎚ 사이즈를 갖는 HAp nanocrystal 은 카르복실기가 코팅된 Ti 샘플에서 상대적으로 코팅이 잘 이루어짐을 나타내었다. 또한, 카르복실기에 HAp 가 코팅된 시료에서 조골모세포의 초기부착이 가장 잘 이루어졌으며, 세포 증식과 분화 또한 가장 우수한 결과를 얻었다.3. TiO2 NM 표면에 HA 코팅플라즈마 세기에 따른 샘플표면의 아민기 함량은 MO 분석결과 50 W 의 경우 8.12 μmol/㎝2 보였으며, TBO 분석결과 카르복실기 함량은 50 W 일 때 60.7 μmol/㎝2 로 나타났다. 알칼리 처리된 Ti은 TiO2 NM를 갖는 망상구조이며, 세포부착률을 높이는 역할을 하였다. 아민기가 코팅된 TiO2 NM표면의 조성과 형태는 조건에 따라 뚜렷하게 다른 결과를 관찰하게 했다. 시료표면의 친수성은 아민기 밀도에 영향을 미쳤다. TiO2 NM 표면에 코팅된 poly allylamine 작용기는 SEM 과 AFM 을 이용하여 관찰한 결과, 형태와 위상학적인 변화를 관찰할 수 있었다. HA 는 TiO2 NM/PAAm/HA 표면에 공유결합을 통해 성공적으로 고정화가 이루어졌고, in vitro test 로 진행된 생물학적 평가를 실시한 결과, TiO2 NM/PAAm/HA가 도입된 표면은 세포부착과 증식 그리고 분화에 영향을 미치는 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로, 플라즈마 표면개질법은 골융합반응을 촉진시키는 생체활성 물질을 코팅하는데 적절한 표면을 제공하는데 우수한 표면개질법 임을 확인할 수 있었다. 생체활성물질이 코팅된 Ti 과 TiO2 NM 표면은 조골모세포와의 생체적합성이 우수한 표면 임을 알 수 있었다. 또한 이러한 방법들은 향후 의료용 생체재료 의 표면개질 기술개발에 응용이 가능할 것으로 사료된다.