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임플란트 표면 처리 기술 ‘새 전기’ 맞이하나

SLA 보편화 이후 표면 재처리 기술 ‘각양각색’
공기 노출 차단, 표면 코팅, 광기능화 등 각축전
1000조 분의 1초 ‘펨토초 레이저’ 기술도 급부상


치과 임상에서 보편적인 치료로 자리 잡은 임플란트. 과거부터 현재까지 임플란트 제조 기술의 발전상은 궁극적으로 임플란트 시술 성공률을 높이기 위한 치열한 고민과 도전의 역사였다.


그중 ‘임플란트 표면 처리’(Implant Surface Treatment) 기술이 임플란트 시술을 성공으로 이끌기 위한 큰 축을 담당하는 가운데, 최근에는 광기능화, 레이저 등 최신 공학 기술이 속속 접목되고 있어 주목된다.


대개 고정체(Fixture)를 중심으로 이뤄지는 ‘임플란트 표면 처리’는 임플란트가 첫 등장했을 때만 하더라도 낯선 개념이었다. 임플란트의 조상 격으로 티타늄 원통형 임플란트의 서막을 연 ‘브레네막 임플란트’의 경우도 밀링 후에 특별한 처리를 하지 않은 일명 ‘가공된 표면’(machined surface)으로 매끈했다. 


그러다 거친 표면(Rough surface)은 조골세포가 빈공간으로 자리잡도록 도와 골융합 등 생체학적으로 유리하고 물리적으로 강하게 결합할 수 있다는 사실이 밝혀지면서 매끈한 표면은 사장되기에 이른다.


# SLA 보편화 이후 ‘후속 전쟁’

이처럼 임플란트 표면 처리의 중요성은 이젠 더 이상 논쟁거리가 아니다. 다만 그 후론 임플란트 표면을 ‘어떻게’ 거칠게 만들 것인가에 대한 치열한 각축전이 펼쳐진다. TPS(Titanium Plasma Spray), HA(hydrosyapatite)를 코팅, RBM(Resorbable Blast Media), 산(Acid) 부식법, anodizing, blasting법, 전기화학적 방법 등이 바로 그것이다.


그러다 SLA(Sand-blasted, Large-grit, Acid-etched) 방식이 임플란트 표면 처리 기술의 최강자로 떠오르며 이러한 각축전에 종지부를 찍는다. SLA는 임플란트에 세라믹 샌드를 분사해 움푹 패인 거친 구조를 만든 후, 고온의 황산과 염산 용액에 에칭(etching)시켜 거친 표면을 형성하는 원리다. 한때 RBM 표면 처리가 대부분이었던 국내도 SLA로 보편화됐다. 


현재는 SLA라는 토대 위에서 임플란트의 표면을 어떻게 재처리할 것인가에 대한 후속 전쟁인 모양새다. 이는 똑같은 SLA를 거쳤더라도 품질이 같지 않다는 데 착안한다. 특히 임플란트가 공기에 노출돼 시간이 지나면 티타늄 표면에 카본층을 형성하면서 골유착능이 매우 떨어지게 된다는 이유다.


현재 적용되는 기술을 살펴보면 SLA를 마친 임플란트를 식염수, 염화칼슘(CaCl2) 등에 담가 공기 노출을 차단하거나, HA 등 특허 물질로 표면을 코팅해 카본층 형성을 막는가 하면, 강력한 자외선·플라즈마로 카본층을 제거하는 ‘광기능화’(Photofunctionalization) 방법 등 임플란트의 ‘노화’를 막기 위한 다양한 시도가 있다.


# 레이저 기술 접목 제품도 상용화
이처럼 최근 추세는 SLA라는 토대 위에서 표면 재처리 방법에 대한 기술경쟁이 펼쳐지는 형국이다. 이에 더해 최신 레이저 기술을 접목한 임플란트도 임상에서 쓰일 수 있도록 승인, 상용화돼 SLA의 아성에 도전장을 던지고 있다.


바로 ‘펨토초 레이저 기술’이다. 펨토는 10의 마이너스 15승으로 1000조 분의 1초라는 극히 짧은 파동을 갖는데, 임플란트 표면에 이러한 레이저를 쏘게 되면 티타늄의 분자 간 결합을 끊어 다공성의 거친 표면을 만드는 원리다.


SLA가 총 60공정이 넘어가는 까다로운 과정을 거치고, 특히 임플란트에 샌드 분사 후 강산으로 부식시키는 과정이 수반돼 세척에 많은 공이 들었던 반면, 펨토초 레이저 기술은 산을 사용하지 않는(Acid-free) 물리적 표면 처리 기술이어서 간소화된 시설과 비용으로 거친 임플란트 표면을 만들 수 있을 것이라는 설명이다.


해당 기술 연구자는 “해당 기술은 치과 임플란트에는 이례적이지만, 이미 안과 라식 수술 등 초정밀 미세 가공에 쓰이고 있다”며 “현재 미국 유럽 등 11개국에 출원된 상태로 향후 지대주 등에도 적용하는 등 연구에 매진하고 있다”고 밝혔다.

 


그 밖에도 SLA 과정에서 사용되는 파우더 입자 크기, 압력 세기 등에도 변화를 주는가 하면, 골형성단백질, 합성 펩타이드, 칼슘 이온 등 생체 활성 물질을 임플란트 표면에 부여해 생물학적 특성을 갖기 위한 시도도 이뤄지는 등 임플란트 제조사마다 고유한 기술력을 뽐내며 변화를 주고 있는 만큼, 임플란트 표면 처리 경쟁은 멈추질 않을 전망이다.


서울의 한 치과병원 보철과 교수는 “임플란트의 발전에도 불구하고 임상에서는 장기간 치유, 성공률, 임플란트 주위염 등 해결 과제가 여전히 남아있다”며 “기초 과학에 기반해 최적의 임플란트 표면을 고안하기 위한 추가적인 연구 개발 노력은 지속될 것”이라고 전망했다.