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최근의 과학기술과 의료의 발달은 인간생활을 편리하고 윤택하게 만들었을 뿐만 아니라 인간의 수명을 연장시켜 우리나라를 비롯한 대부분의 선진국들은 이미 고령화시대로 접어들게 되었다. 인간의 수명이 연장됨에 따라 신체의 노화와 질병 및 불의의 사고로 인하여 기능이 저하되거나 손상된 조직을 대체하여야 할 필요성도 더욱 증대되고 있다. 미국 통계에 의하면 40세 이상 성인 남녀 중 90%가 퇴행성관절염을 겪고 있다는 보고가 있으며(Edward, 1955), 향후 인공고관절과 인공슬관절과 같은 시술수가 급증할 것으로 예상되어지고 있다(William 등, 2008). 그 중 임플란트는 치아나 뼈와 같이 신체 내의 구조물이나 지지체의 대체수단으로 이용한다. 그러나 뼈와 인공관절의 탄성계수 차이에 의하여 외부에서 가해진 힘이 뼈에까지 응력전달이 잘 이루어지지 못해서 발생하는 응력차폐 효과는 뼈에 응력이 전달되지 못하여 골섬유 밀도를 저하시켜 임플란트와 뼈의 결합을 느슨하게 만들어 결국 인공관절의 수명을 단축시키는 결과를 가져온다(Sumner 등, 1998). 그리하여 금속, 세라믹 고분자 재료와 이들의 복합재료를 이용하여 뼈 조직과 물리적으로 결합이 잘 되는 가공에 대하여 관심을 가지고 제조되고 있으며, Branemark는 동물실험 중 생체와 금속간의 직접적인 결합 현상을 발견한 것을 계기로 골유착(osseointegration)의 개념을 발표하였다(Branemark, 1959). 그런 관점에서 임플란트 몸체의 표면처리에 따른 뼈 유착 연구에 대해 연구되고 있다. Cochran과 Buser 등에 의하면 일반 임플란트에 비해 Sand-balsting를 시행한 임플란트가 모든 관찰기간을 통하여 뒤틀림 제거력이 유의하게 높게 나타났으며 다른 Plasma 피복(titanium plasma spray; TPS) 임플란트 등과의 비교에서도 더 우수한 조골세포 분화능력을 보이기 때문에 블라스팅 처리한 임플란트가 다른 모든 형태의 임플란트에 비하여 더 빠른 골 유착이 관찰되었다(Cochran 등, 2007). 그러나 블라스팅 가공은 분사메디아가 날카로운 모양이며 이것을 제품에 분사할 경우 인위적인 노치를 만들게 되어 내구성에는 다소 아쉬운 점이 있었다. 그에 비해 피닝처리를 시행한 (micro shot peening; MSP) 임플란트가 내구성을 증가시킨다는 연구 결과가 보고되었다(Lee와 Cheong, 2014). 실제로 MSP 임플란트는 분사메디아가 둥근 모양으로 이것을 제품에 분사할 경우 골 유착에 도움이 될 뿐만 아니라 분사 시 형성되는 잔류응력 층은 금속의 피로수명을 증가 시키는 역할을 한다(Lee와 Kim, 1997; Namjoshi 등, 2002; Zhang 등, 2010). 치과용 임플란트가 시술된 이래로 수년의 시간이 흐르면서 피로손상에 의한 파괴 사례들이 다수 보고되고 있다(Long과 Rack, 1998; Esposito 등, 1998). 따라서 최근 대두되고 있는 이러한 문제에 대한 원인 분석과 이해 차원에서 임플란트의 피로 내구성에 대한 연구는 필수적이라 하겠다.

기존에 임플란트의 피로강도에 관하여 진행된 연구들은 대부분 실험실 내의 건전 환경 하에서 수행되었다(Eberhardt 등 1995; Planell 등 2007). 즉, 구강 내 잇몸 혈액, 세포막 전위(Cell membrane potential) 수준의 미소전류, 저작력 등과 같은 다양한 인자들의 복합적인 작용을 고려하지 않은 연구들이다. 이러한 연구들은 임플란트가 매식된 구강 내에서 생체역학적인 다양한 특성들을 반영한 연구라고 할 수 없다(Lee와 Kim, 2003).

따라서 본 연구에서는 대표적 생체용 금속재료인 티타늄 합금소재에 표면 강도를 증대시킴과 동시에 생체 내 결합 시 주변 근육 섬유 조직과 결합이 용이한 마이크로 쇼트피닝 가공, 현재 상용화되어 시판되고 있는 조건에서 제작된 블라스팅 가공, 그리고 어떠한 표면처리도 하지 않은 시료 이렇게 세 종류의 생체재료 Ti-합금을 준비하여 각각 건전 환경뿐만 아니라 위에 언급한 생체 유사환경 하에서 일정 시간 노출시켜 부식 실험을 수행하였다. 생체 유사환경의 인자로서 혈액의 염분 농도와 같은 링거액을 사용하여 부식 환경을 구축하였다(Kim, 2014). 각기 달리 가공한 시료의 표면을 관찰하고 부식 모드의 고찰을 통하여 생체유사환경 하에서 Sand-blasting 임플란트 소재와 비교하여 MSP 임플란트 소재의 내구성에 대한 우수성을 밝히는 데에 그 목적이 있다.

본 연구에서는 치아 임플란트 재료인 Ti-6Al-4V 티타늄 합금 환봉을 선반 가공을 한 것과 선반 가공후 구형 모양의 쇼트볼로 피닝가공한 것, 임플란트 제작 기술에 상용화 되고 있는 블라스팅 가공한 것 3가지를 생체 유사 환경 내에서 정전류 10 mA로 20분과 40분에 노출시켜 블라스팅 처리와 마이크로 피닝 처리한 시편의 부식의 정도 차이를 살펴보았으며 다음과 같은 결론을 얻었다.

선반가공 시편과 피닝가공 시편은 안정적인 전압 곡선의 형태를 보이는 반면 블라스팅 가공 시편은 그에 비해 전압이 불균일하게 가해지는 것으로 나타났다. SEM 관찰 결과, 기존의 임플란트 가공법인 블라스팅가공과 비교하여 피닝가공에 의한 임플란트의 경우 부식 저항에 있어서 우수한 효과가 보이는 것으로 판단된다. EDS 결과를 보아 산화알루미늄, 산화규소, 지르코니아와 같은 쇼트메디아의 잔유물이 시편의 표면에 남아 있는 것으로 파악되었다. 임플란트는 신체에 삽입하는 재료인 만큼 새로운 가공법을 이용하여 표면에 불순물을 줄이고 내구성을 증대시킬 수 있는 가공 기술을 보다 면밀하게 연구 할 필요가 있다고 본다.