표면 개질 기술을 통한 티타늄 기반 생체의료기기의 기능적 특성 및 생체적합성 향상 = Enhancement of Functional Properties and Biocompatibility of Titanium?Based Bio medical device via Surface Modification Techniques

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 파이버 레이저 표면 처리, Target-ion Induced Plasma Sputtering (TIPS) 공정 기반 나노구조 형성, 티타늄 플라즈마 이온주입(S-PIII) 기술을 티타늄 금속 및 고분자 생체재료에 적용하여, 심미적·기계적·생체학적 성능을 종합적으로 향상시킬 수 있음을 규명하였다. 레이저 처리된 Ti-6Al-4V 어버트먼트는 내식성과 표면 안정성이 증가함과 동시에 지르코니아 보철과의 색조 일치도가 크게 개선되어 우수한 심미성을 확보하였다. 또한, TIPS 기반 탄탈륨 나노구조를 갖는 Ti-6Al-4V 임플란트는 초친수성 유지, 세포 부착·증식·골분화 촉진 효과를 통해 초기 골유착과 장기적 임플란트 안정성을 향상시켰다. 한편, Ti 이온주입된 PBT 인공모발은 강한 계면 접착력과 장기 구조 안정성을 유지하며, 진피 섬유아세포의 활성 증진과 대식세포 염증 반응 억제를 동시에 달성하여 우수한 조직 통합 및 생체적합성을 확인하였다. 본 연구는 맞춤형 나노구조 제어와 이온 기반 표면 개질이 차세대 정형·치과·피부 이식용 의료기기 개발에 있어 매우 유효한 표면 공학 전략임을 제시하며, 향후 임상 적용 가능성을 뒷받침하는 중요한 근거를 제공한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study demonstrates that advanced surface engineering techniques—including fiber laser surface treatment, TIPS-induced Ta nano-structuring,and titanium plasma ion implantation (S-PIII)—significantly enhance theaesthetic, mechanical, and biological performance of metallic and polymericbiomaterials for implantable applications. Laser-treated Ti64 abutmentsexhibited improved corrosion resistance and mechanical stability whileachieving superior color harmony with zirconia crowns for enhanced clinicalesthetics. TIPS-processed Ti64 with Ta-based nanoripple and nanoporestructures maintained long-term super hydrophilicity and promotedpre-osteoblast adhesion, proliferation, and osteogenic differentiation, therebyimproving early osseointegration and implant stability. In addition,Ti-implanted PBT artificial hair provided strong interfacial adhesion, durablemechanical stability, enhanced dermal fibroblast compatibility, andsuppressed macrophage-mediated inflammation both in vitro and in vivo. Collectively, these findings highlight nano-structure tailoring and ionimplantation as versatile and effective surface modification strategies forbiomedical implants with superior biocompatibility, durability, and tissueintegration potential.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1 생체재료로서 티타늄 및 그 합금의 응용 1
• 1.2 생체재료 표면 개질 기술의 중요성 3
• 2. Chapter 1 : 티타늄합금 어버트먼트 레이저 표면 개질 5
• 2.1 서론 5
• 2.2 재료 및 방법 6
• 2.3 실험 결과 및 해석 10
• 2.4 연구의 결론 20
• 3. Chapter 2 : 티타늄합금 임플란트 표면 나노 구조 형성 21
• 3.1 서론 21
• 3.2 재료 및 방법 23
• 3.3 실험 결과 및 해석 27
• 3.4 연구의 결론 37
• 4. Chapter 3 : 티타늄 이온 주입 기술을 통한 고분자 인공 모발 표면 개질 38
• 4.1 서론 38
• 4.2 재료 및 방법 41
• 4.3 실험 결과 및 해석 47
• 4.4 연구의 결론 62
• 5. 최종 결론 64
• 6. 후속 연구 66
• 참고 문헌 67