바이오인

Bioin스페셜 WebZine 2010년 19호 [첨단바이오소재]

나노바이오 세라믹 소재의 연구동향

윤석영
부산대학교 재료공학부 교수

1. 서론

최근 나노(nano) 및 생체(bio) 기술이 함께 접목된 새로운 나노-바이오기술(nano-biotechnology)에 있어서 생체재료(biomedical materials: biomaterials) 및 소재의 접근은 인체의 손상된 조직이나 기능을 신속하게 회복하는 것과 나노기술을 응용한 새로운 형태의 생체재료, 의료용 약물 및 치료개발 등을 목적으로 하고 있다 [1-4]. 특히, 조직공학(tissue engineering)적 골조직 재생에 있어서의 생체재료는 인공적으로 이식이 가능한 생체친화성(bioaffinity)이 우수한 재료에 주안점을 두고 있으며, 이식되는 위치에 따라 사용되는 물리적 성질이 다르고 주위조직에 대한 독성반응이 없어야 하며 다른 인공장기에 비해 비교적 높은 기계적 물성이 요구 된다 [5-9].

그러나 실제로 인체의 경조직(hard tissue)은 콜라겐의 유기질 섬유와 아파타이트의 무기질 나노입자의 복합체로 이루어져 있기 때문에 경조직 대체용 생체재료 개발에 있어서 유-무기(organic-inorganic)형태의 나노단위의 복합체(composites) 기술개발이 궁극적인 과제라고 할 수도 있다. 이에 본고는 인공뼈 개발을 위한 기술개요와 함께 현재 개발 중인 나노바이오 기술을 이용한 유-무기 하이브리드 생체재료 연구개발동향에 대해 소개하고자 한다.

2. 이식용 생체재료(implantable biomaterials) 개요

과거 전통적인 외과 의료시술로는 뼈의 손상 부위를 단순히 제거해 내는 것이 전부였으나, 인공보철 기술과 재료의 발달에 힘입어 환부를 인공뼈로 대체함으로써 관절의 활동성이나 기능성이 놀라울 정도로 복원될 수 있었다. 초창기 재료들은 생체 내에서 불활성을 갖는 특징에 의존하였으며, 시술 후 주위 조직의 감염 및 염증반응에 의해 사용에 많은 제약이 있었다. 따라서 금속, 세라믹, 고분자를 이용한 생체재료기술의 급속한 발달과 함께 생체불활성(bioinert)보다는 생체적합성(biocompatible)을 갖는 재료를 설계 및 개발하여 사용부위 및 목적에 따라 다양한 종류의 인공뼈 개발에 이르렀다.

이는 조직공학(tissue engineering)과 재생의학(regenerative medicine) 이라는 의학과 공학이 접목된 새로운 연구 분야를 통해 그 개발속도가 빨라지고 있다 [10, 11]. 비록 현재의 연구개발 수준으로는 생체의 자가 재생 기능을 그대로 소화해낼 만한 대체 재료나 시스템을 확보하는데 여러 한계가 있지만, 그 동안 진행된 실험적 임상적 연구 결과들은 다양한 영역에서 조직의 성공적 재건을 위한 생체재료가 개발될 수 있다는 희망을 갖게 하는데 충분하다고 할 수 있다. 임상적으로 응용되고 있는 의료용 재료의 대표적 예로는 조직공학기술을 이용한 인공피부(artificial skin), 혈관확장을 위한 스텐트(stent), 인공고관절(hip joint), 치과용 임플란트(dental implant), 그리고 지지체(scaffold) 등 실로 다양하다.

이러한 이식용 생체재료(implantable biomaterials)들은 재건해야 할 조직의 특성에 따라 요구되는 생체 내 기능들을 수행해야 하기 때문에 그에 맞는 적절한 물리적, 화학적, 역학적, 그리고 생물학적 특성을 갖추도록 개발되어야 한다 (그림 1 참조).

................계속

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