경조직대용 바이오세라믹스

김철생,송민종 한국전기전자재료학회 2001 전기전자재료 Vol.14 No.3

초내식성 스테인레스강의 금속이온용출특성 및 세포적합성

김철생,박진수,허억,강곤,Kim, Cheol-Sang,Park, Jin-Soo,Her, Erk,Khang, Gon 대한의용생체공학회 1996 의공학회지 Vol.17 No.1

The toxic metal ion release behaviour and the cytotoxicity of a super stainless steel (S.S.S, 22cr-20Ni -6Mo-0.25N) were investigated The measurement of the amount of static and wear- induced trace metal ion released from the steels was conducted in Hank's balanced salt solution using an electrothermal atomic absdrption spectrometry equiped with Uaphite furnace. And the in vitro cytotoxicity of the materials was assesed in cell culture. The static dissolution rates of Fe and Cr ions from the S.S.S were significantly lower than those of 316L SS. However, the Ni ion release from the S.S.S during the first 4 weeks was yester than that from 316L 55 by 15-45%. Also, the wear-in- duces dissolution rates from the steels were not correlated either with their elemental composition rates or with the static metal ion release rates. The S.S.S did not deteriorate the osteoblasts viability. And no toxic response was observed from the macrophages cultured for 7 days in RFMI 1640 medium immersed with the S.S.S specimens.

전북대학교 BK21플러스사업 바이오나노시스템 창의인력양성사업팀

김철생 한국공학교육학회 2016 Ingenium(人材니움) Vol.23 No.1

전북대학교 BK21플러스사업 -바이오나노시스템 창의인력양성사업팀

김철생 한국공학교육학회(구 한국공학교육기술학회) 2016 공학교육동향 Vol.23 No.1

이엽식 고분자판막의 수력학적 특성평가 및 동물실험

김철생,박복춘,서수원,한동근,이규백,최진욱,김인영,김희찬,김영하 대한의용생체공학회 1992 의공학회지 Vol.13 No.3

In order to use a low cost polymer valve in our total artificial heart and ventricular assist device, we have developed a slit-type bileaflet polymer valve[BPV 1. The aim of this study is to determine the hydrodynamic effectiveness of the newly-designed BPV and its feasibility for temporary use in the blood pumps. For hydrodynamic comparison, we investigated in-vitro the pressure drop across the valve, the leakage volume, the flow rate and the flow pattern of the BPV, two mechanical valves and a trileaflet polymer valve. We employed the ventriculo-pulmonary bypassing method for in-vivo tests of the BPV's together vilh our electrohydraulic left venIn ricular assist device in mongrel dogs. The BPV showed adquate gydrodynamic performances and in the preliminary animal bests, there was no xvi dence of thrombus formation on the valve leaflets and around the struts. Detailed results obtained from the animal tests will be separately reported. This report involves the design criteria, fabrication and hydrodynamic charateristics of she BPV, and the basic merits and demerits of the valve are dis- cussed from the hydrodynamic point of view.

금속 임플란트 소재의 내마모성 향상을 위하여 적용되는 질소 이온주입 및 이온도금법의 한계

김철생 대한의용생체공학회 2004 의공학회지 Vol.25 No.2

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. Nitrogen ion implantation and ion plating techniques were applied for improvement of the wear resistance of metallic implant materials. In this work, the wear dissolution behaviour of a nitrogen ion implanted super stainless steel (S.S.S, 22Cr-20Ni-6Mo-0.25N) was compared with those of S.S.S, 316L SS and TiN coated 316L SS. The amounts of Cr and Ni ions worn-out from the specimens were Investigated using an electrothermal atomic absorption spectrometry. Furthermore, the Ti(Grade 2) disks were coated with TiN, ZrN and TiCN by use of low temperature arc vapor deposition and the wear resistance of the coating layers was compared with that of titanium. The chemical compositions of the nitrogen ion implanted and nitride coated layers were examined with a scanting auger electron spectroscopy. It wat observed that the metal ions released from the nitrogen ion implanted S.S.S surface were significantly reduced. From the results obtained, it was shown that the nitrogen ion implanted zone obtained with 100 KeV ion energy was easily removed within 200,000 revolutions from a wear dissolution testing under a similar load condition when applied to artificial hip joint. The remarkable improvement in wear resistance weir confirmed by the nitrides coated Ti materials and the wear properties differ greatly according to the chemical composition of the coating layers. for specimens with the same coating thickness of about 3$\mu\textrm{m}$, TiCN coated Ti showed the highest wear resistance. However, after removing the coating layers, the wear rates of all nitrides coated Ti reverted to their normal rates of below 10,000 revolutions from Ti-disk-on-disk wear testing under the same load condition. From the results obtained, it is suggested that the insufficient depth of the 100 Kel N$\^$+/ ion implanted zone and of the nitrides coated layers of 3$\mu\textrm{m}$ are subject to restriction when used as frictional parts of load bearing implants.

정상유동에서 자가팽창성 그래프트 스텐트의 수력학적 특성

이홍철,김철생,박복춘,박복춘 대한의용생체공학회 2003 의공학회지 Vol.24 No.1

본 실험연구에서는 정상유동상태에서 새롭게 설계된 자가팽창성 그래프트 스텐트의 수력학적 성능을 평가하고자 하였다. 코팅 재질이 다른 두 개의 그래프트 스텐트와 한 개의 타이티놀 금속스텐트가 실험에 사용되었으며, 유량이 가자 5, 10, 15 1/min에서 스텐트 전후에서의 압력변화 및 속도분포를 측정하였다. 스텐트 삽입에 의한 압력손실은 유량이 증가함에 지수적으로 증가하였다. 특히 15 1/min의 유량에서 다공성 PTFE 그래프트 스텐트와 TiNi 금속스텐트의 압력손실은 거의 동일하나 PU 그래프트 스텐트는 약 6배 이상의 현저한 증가를 보이고 있다. 스텐트 후류에서의 속도분포는 다공성 PTFE 그래프트 스텐트와 TiNi 금속스텐트는 유량에 관계없이 유사한 형태를 보여주고 있다. 그러나, PU 그래프트 스텐트에서는 특히 유량이 10 1/min 이상에서 속도분포가 비대칭적이고 관 중심에서의 상대적인 낮은 유속을 보여주고 있으며, 결과적으로 벽면전단응력 및 수직응력의 증가론 초래하고 있다. 이와같이 PU 그래프트 스텐트의 상대적으로 낮은 수력학적 성능은 스텐트가 보다 작은 관에 삽입되었을때 코팅재질의 낮은 유연성으로 인하여 스텐트의 표면에 주름이 발생하여 유동단면이 비대칭적으로 되고 벽면의 조도가 증가하며, 관벽과 스텐트와 틈새가 존재하여 제트류가 형성되기 때문으로 해석된다. This experimental study is aimed at evaluating the hydrodynamic performance of newly designed self-expandable graft stents under steady flow condition. Two graft stents with different coating materials and a bare TiNi metallic stent for comparison test were used in the experiment. Pressure variation and velocity distribution at the upstream and downstream of the stents were measured at flow rates of 5, 10, and 15 l/min, respectively. Pressure loss due to insertion of the stent increased with increasing flow rate exponentially as expected. At a flow rate of 15 l/min, pressure loss of Polyure-thane(PU)-coated graft stent was 6 times higher than that of TiNi metallic stent, while the pressure loss of a porous Polytetrafluoroethylene(PTFE)-coated graft stent was comparable to a bare TiNi metallic stent. Velocity profiles of the porous PTFE-coated graft stent were similar to those of a bare TiNi metallic stent regardless of flow rate. Furthermore, the velocity profile of PU-coated graft stent revealed an asymmetrical and relatively low central velocity at a higher flow rate than 10 1/min, expecially, where the effects resulted in increases of wall shear stress and normal stress. The worse hydrodynamic behavior of PU-coated graft stent than the other two stents might be attributed to formation of folds due to poor flexibility of coated material when inserting the graft stent into the pipe with a more smaller size, which later gave rise non-symmetry of flow area, increase of surface roughness and jet flow via the crevice between the stent and cylinder wall.

척추체간 유합케이지의 스파이크형상 변화에 따른 척추체의 응력분포 및 케이지의 안정성에 대한 수치적 해석

심해영,김철생,오재윤 대한의용생체공학회 2004 의공학회지 Vol.25 No.5

척추체간 유합케이지의 성능평가에 있어서 압축강도와 상대적인 3차원적 안정성 그리고 골유도를 촉진시킬 수 있는 형상은 성공적인 골유합의 정도를 판가름 할 수 있는 중요한 척도이다. 새로 고안된 박스형 유합케이지 스파이크의 형상변화에 따른 척추체의 골단판에 미치는 응력분포 양상과 케이지의 안정성을 비교하기 위하여 압축하중 작용 초기에 스파이크 끝딘과 골단판이 접촉하는 경우와 스파이크가 골단판에 삽입되었을 경우를 구분하여 스파이크의 높이, 폭 및 각도를 변화시켜 가면서 유한요소 해석을 실시하여 고찰하였다. 유합케이지 2개가 척추체간에 삽입되어 있는 상태에서 수직하중 1700N이 가해질 때 척추체 골단판에 전달되는 응력분포를 조사하였으며, 전, 후방향으로 케이지 하나에 100N의 pull out하중을 부과하여 케이지의 스파이크 형상변화에 따른 미세이동 정도를 비교 평가하였다. 그 결과, 척추체 골단판의 응력 집중 정도에 가장 큰 영향을 미치는 요인은 케이지스파이크 끝단 폭의 크기이며, 케이지 스파이크의 높이 및 각도의 변화는 스파이크 끝단과 접촉하는 척추체 골단판에 미치는 응력 정도에 큰 영향을 미치지 않았다. 스파이크 경사면 각도조절 및 양방향혼합형의 대칭 배열을 통하여 전후방향 pull-out하중에 대한 변위량을 저감시킬 수 있었다. 본 연구의 결과를 통하여 척추체에서의 응력집중을 피할 수 있고 케이지의 초기 접촉시 골단판의 파괴를 방지하고 골유합에 유리한 케이지 스파이크 형상을 설계하였고, 케이지 치환술 후 운동시 전후방향으로 이동을 최소화하여 기계적 안정성을 높일 수 있는 새로운 척추체간 유합 케이지의 최적 형상을 제안하였다. The axial compressive strength, relative 3-D stability and osteoconductive shape design of an intervertebral fusion cage are important biomechanical factors for successful intervertebral fusion. Changes in the stress distribution of the vertebral end plate and in cage stability due to changes in the spike shape of a newly contrived box-shaped fusion cage are investigated. In this investigation, the initial contact of the cage's spikes with the end plate and the penetration of the cage's spikes into the end plate are considered. The finite element analysis is conducted to study the effects of the cage's spike height, tip width and angle on the stress distribution of the vertebral end plate, and the micromigration of the cage in the A-P direction. The stress distribution in the end plate is examined when a normal load of 1700N is applied to the vertebra after inserting 2 cages. The micromigration of the cage is examined when a pull out load of l00N is applied in the A-P direction. The analysis results reveal that the spike tip width significantly influences the stress concentration in the end plate, but the spike height and angle do not significantly influence the stress distribution in the end plate touching the cage's spikes. In addition, the analysis results show that the micromigration of the cage can be reduced by adjusting the spike angle and spike arrangement in the A-P direction. This study proposes the optimal shape of an intervertebral fusion cage, which promotes bone fusion, reduces the stress concentration in a vertebral end plate, and increases mechanical stability.

동서양인의 대퇴골 비교연구

강곤,김철생,유명철,Kang, Gon,Kim, Cheol-Saeng,Yoo, Myung-Chul 대한의용생체공학회 1993 의공학회지 Vol.14 No.1

We investigated the structural geometry of thirty-eight Korean femurs. The purpose of this study is to identify major geometrical differences between Korean femurs and others that we believe belong to Caucasians so that we would be able to get insights into the femoral component design that fits Asians including Koreans. We utilized computerized nomography (CT) images of femurs extracted from cadavers. The CT images were transformed into bitmap data by using a film scanner, and then analyzed by using a commercially available software called Image v.1.0 and a Macintosh loci computer. The resulting data were compared with already published data. The major results show that the geometry of the Korean femurs is significantly different from that of Caucasians: (1) the anteversion angle and the canal (tare Index are greater by the amount of approximately 8" and 0.5, respectively, (2) the shape of the isthmus cross section is more round , and (3) the distance between the lesser trochanter and the proximal border of the isthmus is shorter by about 15 mm. The results suggested that the femoral component suitable for Asians should be dif- ferent (rom the currently-used components designed and manufactured mostly by European or American companies.

만수국아재비의 정유성분 조성

홍철운,김철생,김남균,김영회 한국약용작물학회 2001 한국약용작물학회지 Vol.9 No.2

국내에서 자생하고 있는 만수국아재비의 정유함량 및 구성성분 조성을 조사하기 위하여 전남 고흥과 전북 부안지역에서 수집한 다음 수증기 증류법으로 분리한 정유의 함량은 각각 0.52%와 0.48%이었다. 얻어진 정유로부터 GC, GC-MS 및 문헌상의 Rl값과 비교에 의해 69종의 성분을 동정하였으나 monoterpene, sesquiterpene 및 sesquiterpene alcohol류가 많이 검출되었다. 동정된 성분들 중 GC peak 면적비를 기준으로 함유비율이 높은 성분은 limonene, cis-β-ocimene, diydrotagetone, trans-tagetone, cis-tagetone, trnas-tagetenone 및 cis-tagetenone 등이었다. Limonene의 함유비율은 전남 고흥과 전북 부안에서 수집한 만수국아재비의 정유에서 각각 6.41%와 5.83% 로서 두 시료간에 큰 차이가 없었으나 cis-β-ocimene은 고흥에서 수집한 시료의 정유에서 47.73%인 반면 부안에서 수집한 시료의 정유에서는 4.87%를 차지하였고, dihydrotagetone의 경우 고흥에서 수집한 시료의 정유에서는 14.78%인 반면 부안에서 수집한 시료의 정유에서는 52.83%로서 시료간에 큰 차이를 보였다. 또한 trans-tagetone과 cis- tagetone은 고흥지역보다는 부안지역에서 수집한 시료의 정유에서 높은 반면 trans-tagetenone과 cis-tagetenone은 부안 지역보다는 고홍지역에서 수집한 시료의 정유에서 함유비율이 높았다. The essential oils from the aerial parts of Tagetes minuta L. from two different locations in Korea were obtained by hydrodistillation in 0.52%(Goheung, Chonnam) and 0.48% yields(Puan, Chonbuk) as a dry weight base, respectively. A total of 69 components, accounting in 94.7% and 92.1% of the oil, respectively were identified by gas chromatography-mass spectrometric analysis and comparison of retention indices with those of authentic compounds. The main components in both samples(Goheung, Chonnam and Puan, Chonbuk) were limonene(5.83% and 6.41%, respectively), cis-β-ocimene (4.87% and 47.73%), dihydrotagetone(14.78% and 52.83%), trans-tagetone(0.64% and 2.99%), cis-tagetone(1.13% and 2.50%), trans-tagetenone(1.15% and 11.45%) and cis-tagetenone(0.69% and 1.41 %). Although these components were present in both samples, the results showed large differences in the percentage composition of these components.