첨단 세라믹스 해외기술정보

인공치아 표면을 위한 내마모 세라믹 코팅 기술 개발
TOTO는 광중합형 아크릴 수지 속에 세라믹스의 필러를 고밀도로 충전시킨 복합재료인 경질 레딘 표면에 에어로졸디포지션법(AD법)을 이용하여 내마모성이 우수한 투명 알루미나막을 형성시키는 기술을 개발했다.
AD법은 가스 속에 서브미크론 사이즈의 세라믹스 미립자를 분산시킨 에어로졸을 노즐로 기재를 향해 분사·충돌시킴으로써 기재 표면에 치밀하게 기계적 강도가 높은 세라믹스의 후막(厚膜)을 형성시키는 제조방법이다. (독)産業技術總合硏究所가 개발한 세라믹스의 상온(常溫)충격고화현상을 이용한 기술로 각종 산화물이나 복합산화물, 질화물 재료로 막 형성이 확인되었다. 가열수단을 이용하지 않는 실온환경 프로세스로 각종 금속, 유리, 세라믹스 등 여러 가지 기재 위에 제막의 적용이 가능하다. 그러나 미립자를 기재에 고속으로 충돌시키는 방법이기 때문에 수지재료 등 연질기재에 대해서는 프러스트가 발생하기 쉬워 품질 좋은 세라믹스 막을 얻기 어렵다는 과제가 있었다. 이번에 수지 속에 함유된 세라믹 필러 위에 양호한 제막성을 이용함으로써 경질 레딘 위에 막 두께 10㎛까지의 알루미나 막을 형성하는데 성공했다. 이 알루미나 막은 비커스 경도 890Hv이며, 경질 레딘 자체의 경도인 백 수 십Hv를 대폭 상회한다. 또 막의 밀착력은 19~30MPa의 값을 얻었다.
경질 레진은 전장관(前裝冠) 등 인공치아 재료로, 색조를 조정하여 천연치아의 느낌을 낼 수 있기 때문에 심미수복기능이 높고, 성형도 용이하므로 보급이 이루어지고 있는데, 수지를 모체로 한다는 점에서 천연치아보다 물러서 마모가 되기 쉽다고 알려져 왔다. AD법에 의해 투명 알루미나 막을 형성한 경질 레딘에 대해서 공동연구처인 長崎大學이 칫솔 내마모 특성 평가를 실시한 결과, 하루 3회, 1회 당 10번 왕복 브러싱을 10년 상당 계속해도 그 표면은 상처를 입지 않고 광택표면을 유지할 수 있다는 것을 확인했다. 형태자유도가 높은 수지재료에 내마모 기능, 방오기능 등을 부여할 수 있는 AD법에 의한 세라믹 코팅의 응용전개가 기대된다. (CJ)
 
고성능 세라믹스 산소분리막을 개발
(주)노리타케컴퍼니리미티드(愛知縣 名古屋市, 대표이사 : 赤羽昇)는 얼마 전 中部電力(주)와 공동으로 산소투과성능이 1평방센티미터 당 매분 27㎖로 극히 고성능인 세라믹스 산소분리막의 개발에 성공했다.
산소분리막은 산소이온 전도성을 갖는 고체전해질 세라믹스를 이용함으로써 공기중에서 고순도 산소를 채취할 수 있다. 이 산소분리막은 각종 열 프로세스에 적용함으로써 에너지 절약을 꾀할 수 있는 이외에, 천연가스에서 가솔린이나 등유와 같은 액체연료를 합성하는 GTL(Gas-To-Liquids)기술에 대한 적용이 기대된다.
그러나 GTL프로세스 안에 산소분리막을 적용하려고 한 경우, 산소투과성능이 충분히 높고, 수증기, 환원 등의 부식 분위기에 대해 충분한 강도가 있을 것, 값싼 재료 원가 등이 요구되기 때문에 이들을 채울 실용적인 막을 개발하기는 곤란했다.
이러한 GTL플랜트에 산소분리막을 적용하려고 한 경우, 20㎖/min/cm2이상의 산소분리 성능이 필요하다고 사출되고 있는데, 본 연구에서는 막 조성, 및 막 구조를 개발함으로써 내수증기성, 내환원성이 우수하며 동시에 세계 최고성능이 되는 27㎖/min/cm2의 산소분리성능을 달성했다. 게다가 종래 연구되어 온 Ga, Co 등을 함유하는 원료보다도 값싼 원료를 이용함으로써 종래의 약 15분의 1의 재료비 원가를 실현했다. 이로써 종래의 GTL기술을 콤팩트하게 할 뿐 아니라 설비원가도 30% 정도 삭감할 수 있는 가능성이 있다.
앞으로는 실제 플랜트에 대한 도입을 위한 산소분리막의 대형화·양산화 기술의 확립을 꾀하여 차세대 GTL기술로 응용하며 또한 세라믹스 기술을 살린 고온산소분리 시스템의 개발을 진행해 나갈 예정이다. (CJ)

생체 밖에서 연골조성 재생
변형성 관절증 등의 연골질환의 치료법으로서 연골재생기술의 개발과 그 임상응용이 급격하게 이루어지고 있다. 그러나 생체 밖에서의 세포배양 시에 생기는 장해로 배양조직이 괴사해 버리기 때문에 광범위한 연골 결손에 응용할 수 있는 대형 연골조직의 재생기술은 아직 확립되지 못했다. (독)물질·재료연구기구 생체재료연구센터/(독)산업기술총합연구소 나노테크놀로지 연구부문의 植村壽公 등은 종래의 연골재생기술의 문제점을 해결하여 대형 3차원 연골조직의 재생에 응용하기 때문에 세포장해가 적은 미소중력환경을 모방한 바이오 리액터를 이용하여 새로운 연골재생기술을 개발했다.
연골질환의 치료법 가운데 하나로 기대되고 있지만, 환자 자신의 골수에서 유래하는 간엽계 간세포를 이용하여 손상된 연골조직을 재생하는 기술이다. 간엽계 간세포는 뼈, 연골, 지방, 인대 등의 조직에 분화하는 다분화능을 가지며 적절한 분화유도인자 하에서 3차원 배양을 하면 연골조직으로 분화하지만, 생체 밖에서의 일반적인 배양에서는 세포는 지구중력에 의해 샬레 바닥에 침전하여 2차원 시트로밖에 만들어지지 않아 탈분화해 버린다. 따라서 무중력에 가까운 미소중력환경에서의 3차원 배양을 실현하기 위해 개발된 RWV(rotating wall vassel)바이오리액터를 이용한 배양방법을 확립했다. RWV는 가스교환막을 안쪽에 갖춘 원통형의 벳셀이 가로축을 중심으로 회전함으로써 세포에 미치는 중력의 방향을 끊임없이 변화시켜 시간 평균으로 하면 지상중력의 100분의 1이라는 미소중력환경을 모방할 수 있다. 벳셀이 회전하기 때문에 세포가 벳셀 바닥에 가라앉지 않고 배양액 속에 둥둥 뜬 상태에서 배향할 수 있고, 그 세포는 서서히 응집하여 3차원 집합체를 형성한다. 
장어의 긴뼈에서 채취한 골수세포에서 RWV를 이용하여 연골조직의 구축을 실험해 보았다. 그 결과, 4주간의 회전배양으로 긴 것은 1.5cm, 짧은 것은 0.8cm의 대형이며 균일한, 게다가 생체 내의 연골의 반에서 4분의 1정도의 강도를 갖는 3차원 연골조직을 형성시키는데 성공했다. 연골에 특이한 단백질의 발현으로도 양질의 연골이 재생되었다는 것을 알 수 있다. 또한 장어의 슬관절 전층 결함 모델에 RWV바아오리액터로 구축한 연골모양 조직을 이식하고 육안으로 소견과 조직 조각을 관찰한 결과, 양질의 연골형성과 호스트인 연골과 뼈와의 양호한 결합이 확인되었다.
현재 인폼드 콘센트 하에 환자에게서 채취한 골수 세포로부터 RWV를 이용하여 연골조직의 구축기술의 개발을 진행하고 있으며 환자 개개인에 적합한 배양방법을 검토하고 있다.  (CJ)