• 한국재료학회지
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• 제12권7호
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• pp.560-567
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• 2002

Titanium (Ti) is a bioinert material and has lower elastic coefficient and better strength/volume property than other metals. Ferroelectric materials show alignment of positive and negative charges by poling treatment. This study was purposed to develop a new implant system by combining the advantages of Ti and ferroelectric property of $BaTiO_3$ (BTO). It was performed with the assumption that the $Ca^{2+ }$ ions would be easily attracted on negatively charged surface and the attracted cation might behave as nuclei for bone-like crystal growth in biological solutions. A ferroelectric BTO thin film on Ti was fabricated and the effect of poling treatment on the improvement of calcium phosphate (Ca-P) formation in biological solutions was evaluated. After immersion in Eagle’s minimum essential media (MEM) solution, NaCl was formed on Ti, and Ca-P layer containing NaCl was formed on Ti-O. Weak and sparse Ca-P layers were formed on BTO, while thick, homogeneous, and dense Ca-P layer was formed on negatively polarized BTO (N-BTO), which was confirmed by FE-SEM and EDX. In summary, these results demonstrate that poling the ferroelectric BTO surface negatively is effective for the formation of Ca-P layer in MEM solution, and that N-BTO coating on Ti could be used as a possible alternative method for enhancing the osseointegration of the implants.

• 대한두개안면성형외과학회지
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• 제14권1호
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• pp.30-35
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• 2013

Background: For reconstruction of the mild to moderate medial orbital wall fractures, various surgical approaches have been used. Prior existing W-shaped incision was a direct local approach through a 3 cm incision on the superior medial orbital area with a titanium mesh implant. In this study, the authors modified W-shaped incision and reconstructed the defect with silastic sheet to improve the result and the postoperative scar. Methods: This study included 20 patients who had mild to moderate size of medial wall defect and therefore relatively suitable for reconstruction with silastic sheets from July, 2009 to December, 2011. A modified W-shaped skin incision approximately 1.2 to 1.5 cm in length was made along the superior medial orbital rim from approximately 1 cm medial to the medial canthus to the lower border of the medial eyebrow. The angles of the limbs of the W ranged from 150 to 160 degrees. Results: By using soft flexible silastic sheet, the authors reduced the incision from 3 to 1.5 cm, and by widening the angle of the W limbs, scars were more effectively hided in the relaxed skin tension line. Scar assessment was done with modified patient and observer scar assessment scale and mean score from patients was 2.08 and mean score from observers was 2.12. Conclusion: Although this method will not be suitable for every case, it can be a consistent method to obtain the surgical goal in treatment of mild to moderate blowout fractures of the medial orbital wall.

• Biomedical Engineering Letters
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• 제8권4호
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• pp.337-344
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• 2018

Additive manufacturing (AM) is an alternative metal fabrication technology. The outstanding advantage of AM (3D-printing, direct manufacturing), is the ability to form shapes that cannot be formed with any other traditional technology. 3D-printing began as a new method of prototyping in plastics. Nowadays, AM in metals allows to realize not only net-shape geometry, but also high fatigue strength and corrosion resistant parts. This success of AM in metals enables new applications of the technology in important fields, such as production of medical implants. The 3D-printing of medical implants is an extremely rapidly developing application. The success of this development lies in the fact that patient-specific implants can promote patient recovery, as often it is the only alternative to amputation. The production of AM implants provides a relatively fast and effective solution for complex surgical cases. However, there are still numerous challenging open issues in medical 3D-printing. The goal of the current research review is to explain the whole technological and design chain of bio-medical bone implant production from the computed tomography that is performed by the surgeon, to conversion to a computer aided drawing file, to production of implants, including the necessary post-processing procedures and certification. The current work presents examples that were produced by joint work of Polygon Medical Engineering, Russia and by TechMed, the AM Center of Israel Institute of Metals. Polygon provided 3D-planning and 3D-modelling specifically for the implants production. TechMed were in charge of the optimization of models and they manufactured the implants by Electron-Beam Melting ($EBM^{(R)}$), using an Arcam $EBM^{(R)}$ A2X machine.

• 한국재료학회지
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• 제33권8호
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• pp.337-343
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• 2023

3Y-TZP (3 mol% yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystals) ceramics have excellent mechanical properties including high fracture toughness, good abrasion resistance as well as chemical and biological stability. As a result, they are widely used in mechanical and medical components such as bearings, grinding balls, and hip implants. In addition, they provide excellent light transmittance, biocompatibility, and can match tooth color when used as a dental implant. Recently, given the materials' resemblance to human teeth, these ceramics have emerged as an alternative to titanium implants. Since the introduction of CAD/CAM in the manufacture of ceramic implants, they've been increasingly used for prosthetic restoration where aesthetics and strength are required. In this study, to improve the surface roughness of zirconia implants, we modified the 3Y-TZP surface with a biocomposite of hydroxyapatite and forsterite using room temperature spray coating methods, and investigated the mixed effect of the two powders on the evolution of surface microstructure, i.e., coating thickness and roughness, and biological interaction during the in vitro test in SBF solution. We compared improvement in bioactivity by observing dissolution and re-precipitation on the specimen surface. From the results of in vitro testing in SBF solution, we confirmed improvement in the bioactivity of the 3Y-TZP substrate after surface modification with a biocomposite of hydroxyapatite and forsterite. Surface dissolution of the coating layer and the precipitation of new hydroxyapatite particles was observed on the modified surface, indicating the improvement in bioactivity of the zirconia substrate.

• 한국결정성장학회지
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• 제33권6호
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• pp.276-281
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• 2023

적층제조 공정의 높은 설계자유도에 의해 기존 공정으로 성형이 어려운 형상이 적용된 제품의 제작이 가능해짐에 따라 복잡한 구조를 갖는 기능성 구조에 대한 연구자들의 관심이 증가되고 있다. 타이타늄 합금으로 제작되는 인체 삽입형 임플란트의 경우, 뼈와의 친화성을 확보하기 위해 다차원 격자구조를 적용하여 강도 및 탄성계수를 뼈와 유사한 수준으로 조절하고 있다. 따라서 격자구조의 설계 변수에 따른 기계적 특성에 대한 데이터 베이스 확보 및 관련 시뮬레이션 기술 개발은 개인 맞춤형 인플란트 제작을 효율적으로 수행할 수 있게 할 것이라 생각된다. 따라서 본 연구에서는 Ti-6Al-4V 합금 소재를 적용하여 설계변수별 격자구조체를 제작하고 이에 대한 탄성계수를 측정하였으며 그 결과를 시뮬레이션과 비교하여 정확한 탄성계수 예측을 위한 유한요소해석 방안을 제시하였다.

• 대한치과보철학회지
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• 제46권5호
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• pp.490-499
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• 2008

생체 활성 재료는 생체 내에서 자가적으로 인회석 층 (apatite layer)을 형성하여, 골과의 생화학적 결합이 가능해야 한다. 알칼리와 열처리를 통하여 생체 활성 표면을 얻을 수 있는 것으로 보고되고 있다. 본 실험에서는 알칼리 및 열처리를 시행한 임플란트들의 안정성을 평가하고자 하였다. 실험군의 분류로 1군은 대조군인 선반 가공 임플란트군, 2, 3군은 $60^{\circ}C$, 5 M의 NaOH 용액에 24시간 처리한 후, 각각 대기 중 및 진공 상태 $600^{\circ}C$에서 1시간 동안 열처리하였다. 처리된 시편은 FESEM, XPS, TF-XRD 및 AFM을 이용하여 표면 특성을 관찰하고, 임플란트의 안정성을 위해 공진 주파수와 페리오테스트 및 역 토오크를 측정하고, 골유착 안정성에 관한 차이를 비교 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 표면 특성: 알칼리 및 열처리를 시행한 2, 3군은 비슷한 양상의 거친 표면을 보여주었다. 알칼리 처리를 시행한 2군과 3군에서 1군과는 달리 높은 함량의 나트륨 이온이 검출되었으며, 결정구조 분석 결과 2군에서 예추석 (antase)과 금홍석 (rutile)이 혼재된 상태로 금홍석이 우세한 양상을 보여주었다. 2. 공진 주파수 분석: 군간 비교에서 12주에 2군이 1, 3군에 비해 통계적으로 유의하게 높은 측정치를 보였다. 주간 비교시, 1, 2군은 4주 이후에 유의한 증가를 보여주었고, 3군은 2주와 4주에서 각각 유의한 증가를 보여주었다 (P < .05). 3. 페리오테스트 분석: 주간 비교에서 1, 2군은 4주 이후에 유의하게 감소를, 3군은 2주와 4주에서 각각 유의한 감소를 보여주었다 (P< .05). 4. 역 토오크 분석: 군간 비교에서는 2, 4, 8주에서는 2군이 1, 3군에 비해 유의하게 높은 측정값을 보여주었다. 주간 비교에서는 1, 3군은 4주, 12주에서 유의한 증가를 보여주었고, 2군은 4주부터 유의한 증가를 보여주었다 (P < .05). 이상의 결과로 볼 때, 알칼리 및 대기 중 열처리를 통해서 적절한 결정 구조의 산화막을 가진 생체 활성화된 무정형의 나트륨 티탄산염 층을 얻을 수 있었고, 알칼리 및 진공 상태 열처리만으로도 나트륨이 함유된 생체 활성화된 표면을 얻을 수 있었다고 사료된다. 또한 이런 처리 과정으로 형성된 표면층들은 임플란트의 초기 골유착에 도움을 줄 수 있는 유용한 방법 중 하나라고 사료된다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제25권2호
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• pp.157-163
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• 2004

금속 임플란트 재료들의 마모저항을 향상시키기 위하여 질소 이온주입 및 이온도금 기술을 적용하였다. 질소 이온주입 된 초내식성 스테인리스강(S.S.S)의 마모이온용출 특성을 S.S.S, 316L SS, TiN코팅된 316S SS와 비교 평가하기 위하여 탄소로 원자흡수분광분석기를 이용하여 시편들로부터 마모용출된 Cr과 Ni 이온량을 측정하였다. 또한, 저온아크증착법을 이용하여 TiN, ZrN, TiCN코팅된 Ti(Grade 2)원반의 마모저항을 비교하였고, 질소이온주입 및 질화물 코팅된 표면충의 화학적 조성은 SAES(scanning Auger electron spectroscopy)를 이용하여 분석하였다. 질소 이온주입된 S.S.S 표면으로부터 마모에 의하여 용출된 Cr과 Ni 이온량은 표면처리하지 않은 스테인리스강들에 비하여 크게 감소하였다 그러나 인공고관절에 걸리는 하중조건 하에서 실행된 마모이온용출실험에서 이온에너지 100 KeV로 질소이온 주입된 표면층은 20만회 내에서 쉽게 제거되었다. 질화물 코팅된 Ti 시편들의 마모저항도 크게 향상되었고, 그 마모특성은 코팅층의 화학적 조성에 따라 크게 차이가 났다. 코팅두께 3Um의 코팅시편들 중 TiCN 코팅된 티타늄이 가장 높은 내마모 특성을 보였으나 같은 하중조건 하에서 disk(Ti)-on-disk 마모실험에서 그 질화물 코팅면들의 마모 무게감 소비는 1만회 아래에서 모두 Ti의 마모비와 유사하게 전환되었다. 본 실험으로부터 얻어진 연구결과에 의하면, 100 KeV 질소이온주입 및 두께 3$\mu\textrm{m}$의 길화코팅된 표면층의 경우 표면 경화충의 깊이가 충분치 않아 높은 하중을 받는 임플란트의 마찰부위에 사용하기에는 한계가 있음을 보였다.

• 구강회복응용과학지
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• 제25권4호
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• pp.361-374
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• 2009

임플란트와 골 반응을 개선하기 위한 생화학적 표면 처리 방법으로 다양한 이온을 이용한 이온주입법에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구는 플라즈마 상태의 마그네슘 이온을 임플란트 표면에 주입하여 이온 피막을 형성하는 방법으로 표면 처리를 한 임플란트에 대한 MC3T3-E1 골모양 세포의 초기 반응을 평가해 보고자 하였다. 티타늄 디스크를 네 가지 군으로 표면처리를 달리하였다. A군은 연마만 하였고 B군은 연마 후 마그네슘 이온을 주입하였다. C군은 알루미늄 입자분사 하였고, D군은 알루미늄 입자분사 후 마그네슘 이온을 주입하였다. 조골세포의 반응을 세포 부착, 증식, 분화의 단계별로 평가하였다. 세포 부착을 평가하기 위해 MC3T3-E1 골모양 세포를 4시간, 24시간, 48시간 금속 표면에서 배양하여 주사현미경으로 관찰하였다. 세포분화도평가는 세포를 4일간 배양 후 알칼리성 인산분해효소 활성도 분석을 통해 시행하였다. 세포외기질의 세포내 발현은 RT-PCR을 통해 평가하였다. 이상의 실험에서 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 주사현미경 관찰시 시간의 흐름에 따라 세포 부착량은 증가하였으며, 마그네슘 이온을 주입한 시편에서 더 많은 양 세포 증식이 관찰되었으며 분화정도도 더 높은 것으로 관찰되었다. 2. RT-PCR 분석시 알루미늄 입자분사 후 마그네슘 이온을 주입한 시편에서 c-fos와 osteonectin의 발현이 증가된 소견을 보였다. 3. 알칼리성 인산분해효소 활성도 분석시 금속 표면처리 방법에 따른 차이는 발생하지 않았다. 이상의 결과를 종합하면 Mg 이온이 주입된 군의 세포가 Mg 이온이 주입되지 않은 군보다 초기의 세포반응이 더 우수하다는 것을 알 수 있다.

• 대한치과보철학회지
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• 제50권3호
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• pp.149-155
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• 2012

연구 목적: 이 논문은 임플란트 고정체가 골융합이 이루어지기전 의원성 동요가 있을 경우 골결합에 어떤 영향을 미치는지를 알아 보고자 한다. 연구 재료 및 방법: 실험에 사용한 임플란트는 직경 3.73 mm, 길이 4 mm의 순수한 타이타늄과 RBM ($MegaGen^{(R)}$: Ca-P) 처리된 임플란트(Grade IV)를 사용하였다. 몸무게 3.5kg 이상의 토끼(Female, New Zealand White)의 한쪽 경골에 2개씩 양쪽 다리에 임플란트를 식립하여 모두 80개의 임플란트가 식립되었다. 비틀림 제거력(Removal torque)의간격에 따라 그룹 I (6주), 그룹 II (4일+6주), 그룹 III (4일+1주+6주), 그룹 IV (1주+6주), 그룹 V (1주+1주+6주), 그룹 VI (2주+6주), 그룹 VII (2주+1주+6주), 그룹 VIII (3주+6주), 그룹 IX (3주+1주+6주), 그룹 X (10주)으로 10개의 그룹으로 나누었다. 본 실험에서 그룹 I과 그룹X가 대조군이며, 비틀림 제거력은 digital torque gauze (Mark-10, USA)를 사용하여 6주와 10주에 측정하였다. 실험군에서는 마지막 비틀림 제거력을 측정하기 전에 의원성 동요를 가하여 한 번 혹은 두 번 비틀림 제거력을 측정하여 그 수치를 기록하였다. 그 후, 대조군을 제외하고 비틀림 제거력을 측정한 임플란트는 가급적 원래의 위치로 돌려 놓고 봉합을 하였다. 모든 실험군은 마지막 비틀림 제거력 측정전까지 6주간의 치유기간을 주었으며, 마지막 비틀림 제거력은 실험군 첫 번째 또는 두 번째 비틀림 제거력값과 비교하여 결과를 분석하였다. 결과: 마지막 비틀림 제거력 측정값에서 그룹X (10주)의 값이 대조군인 그룹 I (6주)의 값보다 높았으나, 통계적으로는 유의하지 않았다. 실험군과 대조군 사이의 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(P>.05). 첫 번째 비틀림 제거력 측정치에서, 실험군(4일혹은1주)에서 다른 실험군(2주혹은3주)의 수치보다 낮은 값을 보였다. 치유기간에 따른 각 실험군의 비교에서, 최종 비틀림 제거력 값이 첫 번째 비틀림 제거력 값 보다 현저히 높은 값을 보였다. 결론: 골유착이 형성되기 전 한 번 또는 두 번 의원성으로 동요는, 만약 충분한 치유기간을 가지게 될 경우 임플란트의 골유착에 영향을 주지 않는다.

• Journal of Periodontal and Implant Science
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• 제30권3호
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• pp.491-504
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• 2000

In clinical therapy, the current goal of dental implants is to enhance quantity and quality of osseointegration. Surface roughness and oxide structure are considered to influence the behavior of adherent cells. The purpose of this study is to evaluate the effect of different surface treatment on cellular response. The attachment and proliferation of osteoblast-like cell on sandblasted, sandblasted and etched, thermal oxidated surfaces have been compared. Sandblasting was done with $Al_2O_3$ particles(grain size of $50{\mu}m$), etching was processed with $NH_4OH$ : $H_2O_2$ : $H_2O(1:1:5)$ at $90^{\circ}C$ for 1 minute. Thermal oxidation was followed sandblasting and etching at $400^{\circ}C$, $600^{\circ}C$, $800^{\circ}C$ for 2 hours. Measurement of surface roughness after the different treatment did not show any differences of Ra value between terated surfaces. Cell attachment and proliferation were increased during experiment period, but no difference was observed. SEM evaluation revealed a similar pattern of osteoblast-like cells, well attached with dendritic extension and producing numerous matrix vesicles on cell surface. The results of this study showed that oxide layer alteration by thermal oxidation did not affect the attachment and proliferation of osteoblast-like cells. This suggests the possibility that the cellular responses are further influenced by surface roughness than titaniun oxide structure.