항균 코팅 임플란트 방법 개발
교정 임프란트는 감염되기 쉬워 다시 수술하거나 교체 수술을 해야 하는 경우가 많다. 브라운 대학의 연구진은 아연 또는 티타늄 산화물의 나노 표면을 사용하면 박테리아의 존재를 감소시켜 비싸고 쉽게 감염되는 수술의 회수를 줄이는데 사용될 수 있다는 것을 밝혀냈다.
“우리는 박테리아의 성장을 억제할 수 있는 코팅 임플란트 방법을 발견하였습니다. 효과가 탁월했습니다. 이 기술이 더 안전하고 오래가는 임플란트를 가능하게 했으면 하는 바람입니다”라고 브라운 대학의 부교수인 Thomas Webster는 말한다.
Webster과 Purdue대학의 동료인 Gabriel Colon과 Brian Ward는 미세한 돌기를 만들어 사포 표면과 같은 표면을 형성하는 침식이나 코팅 임플란트는 뼈의 성장에 도움을 준다는 것을 알고 있었다. 이러한 작용은 임플란트가 몸에 정착하는데 도움을 주고 그 수명을 연장시킬 수 있게 해준다. 그들은 만약 더 작은 (나노크기의) 피크나 웅덩이이가 더 훌륭한 작용을 하는지, 어떻게 박테리아가 작용할 것인지 궁금하였다. 실험을 해보기로 하였다.
연구팀은 아연과 티타늄 산화물을 연구 재료로 선택하였다. 아연 산화물은 잘 알려진 항균물질이다. 강하면서도 가벼운 티타늄 산화물은 임플란트에 공통적으로 많이 사용되고 있는 물질이다. 연구진은 이들 세라믹의 나노입자를 만들어 10센트 동전 크기의 디스크 형태로 압축시켰다. 마이크로 사이즈의 같은 재료를 선택하여 마이크로 여러 개의 디스크를 만들었다.
나노구조 표면을 가진 디스크는 지름이 0.023㎛에 불과한 범프(bump)가 있는 거친 표면을 가지고 있었다. 마이크로 구조를 가진 디스크는 약 5㎛의 지름을 가진 범프가 있었다. 현미경 관찰 결과, 표면 차이가 극명하였다: 나노구조 디스크가 톱니모양의 산들과 같이 보였고 마이크로 구조를 가진 디스크는 보다 부드러운 평탄면을 가지고 있었다.
연구진은 박테리아 감염에 흔히 사용되고 있는 S. epidermidis를 디스크에 놓고 한 시간을 기다렸다. 결과는 엄청났다. 마이크로 크기의 아연 산화물 디스크는 나노구조 아연 산화물보다 1000배 더 많은 박테리아가 번식해 있었다. 아연 산화물과 비슷하지만 차이가 크지 않은 결과가 티타늄 산화물에 대해서도 나타났다.
연구진은 비슷한 실험을 뼈 형성 세포에 대해서 실험하여 나노구조 디스크에서 두배가량 많은 뼈 세포가 형성됨을 알아냈다. 콜라겐 합성과 같은 뼈 성장의 건강 지표에서도 나노구조 디스크가 더 뛰어난 것으로 밝혀졌다.
연구진은 더 넓은 표면과 그에 따른 나노물질의 표면 에너지가 뼈 형성 세포가 부착될 수 있는 장소를 보다 많이 제공하고, 동시에 박테리아가 아연 산화물의 항균작용을 더 많이 받게 되었다고 결론지었다. 이 연구는 NSF에 의해 지원되었다. (ACB)