재료의 의료적인 측면에서의 발전과정을 살펴보면 초기에는 금속 분야의 의학적인 접목은 금속재질의 재료가 주로 이용되었다.

금속은 부식으로 인하여 인체 내부 조직에 악영향을 미치는 것을 방지하기 위해서 각종 합금의 형태로 발달되었다.

생체적합성이 고려되어 세라믹 계통의 재료가 이용되기 시작하였으며, 20세기 중반에 들어서서는 고분자 재료가 사용되기 시작하였고, 비교적 최근에 인체 내에 천연적으로 존재하는 세포의 기질을 이용하여 주위조직이 재생될 수 있도록 하는 여러 방법과 그의 응용에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.

사람의 뼈와 치아, 관절과 같은 경조직(hard tissue)은 노화되거나 손상을 입은 부위가 클 경우 완전한 재생이 어렵고, 재생속도가 느려 심한 고통과 불편함이 수반된다. 이러한 경우 인공적인 경조직을 삽입하는 시술을 하게 되는데 인체에 삽입되는 형식을 취하므로 인체조직과 최대한 유사한 소재로 구성된 재료를 활용하여야 한다.

이때 주로 활용되는 재료로 금속(metals), 세라믹(ceramics), 고분자(polymers), 복합재료(composites)가 활용된다. 이중 금속재료는 세라믹과 고분자 등 여타 재료와 비교하여 강도, 피로저항성, 성형가공성 등이 우수하여 인공고관절(artificial hip joint), 무릎관절(knee joint), 플레이트(bone plate), 스크류(screw), 척추추간판 고정기구(spinal fixation), 치과용 임플란트(dental implant) 등과 같은 경조직 대체용 의용재료의 원료로 주로 이용되고 있다.

현재 인체에 사용되고 있는 금속재료로서 가장 많이 활용되고 있는 것은 스테인리스강(stainlees-steel)의 코발트 합금, 티타늄 합금 등으로 다른 금속재료에 비해 내식성이 우수하고, 인체 조직 내에서도 안정된 특성을 보여 혈관을 확장시켜주는 역할을 하는 스텐트(stent), 인공심장판막(heart valve), 심장박동기(pace maker) 등의 중요 소재로 다양하게 활용되고 있다.

의료분야에 쓰이는 금속재료는 크게 두 가지 조건을 만족해야하는데 첫째로 생체적합성(bio-compatibility)이 우수해야 한다. 생물에 사용되는 모든 금속(Fe, CR, Co, Ni, Ti, Mo)은 생체 내에서 극소량으로 존재할 경우에는 거부반응을 일으키지 않지만 일정수준 이상으로 존재할 경우에는 생체 내에서 거부반응을 일으킨다. 이러한 작용으로 인해 이식된 금속은 부식되어 원래의 특성이 변화해 기계적 강도 등이 저하되고, 부식물질이 주위조직으로 침투되어 심각한 부작용을 일으킬 수도 있다.

둘째로 인체부위의 기능을 수행함에 있어 무리가 없어야 하는데, 기계적 성질(강도, 마모, 탄성, 취성, 내구성, 비열화)이 우수한 동시에 체내에서 물성의 저하가 관찰되지 않아야 한다.

그리고 사용부위에 따른 요구기능 및 사용시간에 따라 요구되는 특성을 충분히 만족시켜야 한다. 단일 원소로 구성되어진 순금속 종류는 거의 이용되지 않는데, 부식으로 인한 인체 내 부작용의 우려 때문이다.

이러한 이유로 생체적합성의 향상되어진 효율성과 요구 특성이 우수한 합금재료를 의료용 금속재료로 이용하는 추세이다.

대표적인 의료용 금속에 대해 좀 더 자세히 알아보면 먼저 스테인리스강의 주성분은 Fe+ Cr+ Ni+ Mo이며 자성을 갖지 않는 것이 특성이다. 이식되는 금속으로 최초로 이용되었던 스테인리스강은 Cr(18%)-Ni(8%)으로 기계적인 강도와 부식에 강한 장점이 있어 뼈를 고정하는 뼈 플레이트에 이용되고 있다.

의료용 스테인리스강은 임시용 뼈 플레이트, 나사, 못 등으로 주로 이용되고 있다. 의료용으로 사용되는 Co-Cr 합금은 높은 내마모성과 체액과 생리적 부하에 대한 내부식성이 우수하다. 일반적으로 하중이 많이 부과되는 대퇴부와 무릎관절의 축으로 사용되고, 치과재료 영역에서는 주조에 많이 사용되고 최근에는 인공관절의 주조에도 많이 이용되고 있다.

티타늄과 티타늄합금의 비중과 탄성계수가 다른 생체금속재료에 비해 약 절반수준에 지나지 않는데 이것은 강도가 높으면서 탄성계수가 다른 금속에 비해 자연적인 뼈의 탄성과 가까운 특성을 나타낸다.

그리고 표면이 산화막으로 피복되어 변화하면 금속이온이 유출되지 않기 때문에 우수한 내식성을 나타내고, 스테인리스강의 결점인 응력부식이거의 없다는 장점이 있다.

또한 산화막을 형성하여 부식에 강하기 때문에 의료용 재료로 인공관절, 인공치근, 금속나사, 핀, 와이어 등과 같은 고정 장치에 주로 쓰인다.

형상기억합금이란 일정한 형상을 기억하여 힘을 가하거나 변형시키거나 마텐자이트(martensite)변태점 이하의 온도에서 변형시키더라도 온도상승과 함께 본래의 기억된 형태로 복귀하는 성질을 가진 금속이다.

우리 일상 속에서는 여성용 속옷에 적용되어 우리에게 친근한데, 이러한 장점을 이용하여 의료용으로는 치과교정용 와이어, 응혈제거용 필터, 척추측만증 교정용 폴(pool) 등이 있다.

-장애인 곁을 든든하게 지켜주는 대안언론 에이블뉴스(ablenews.co.kr)-

-에이블뉴스 기사 제보 및 보도자료 발송 ablenews@ablenews.co.kr-

1.4Kg의 미숙아로 태어나면서 출생 시 의료사고로 심한 뇌병변장애를 운명처럼 가지게 되었다. 부산장애인자립생활대학 1기로 공부했으며, 대구대 재활과학대학원에 출강한 바도 있다. 지금은 한국장애인소비자연합의 이사로 재직 중이다. 모바일‧가전을 포함한 장애인 접근성, 보조공학 등 관련 기술을 다룰 예정이다.
저작권자 © 에이블뉴스 무단전재 및 재배포 금지