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산업 1000조분의 1초 펨토초 파장 초미세 레이저, 티타늄 임플란트 적용 기대
메디컬투데이 박제성 기자
입력일 : 2019-09-11 06:29:32
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KERI, ‘펨토초 레이저를 이용한 티타늄 표면처리 기술’ 개발
친수 처리된 티타늄일 경우 임플란트…소수 처리된 티타늄 체내 이식형 의료기기 적합
▲ KERI 정보수 선임연구원(앞)과 이병학 선임이 펨토초 레이저 장비 앞에서 표면처리 된 티타늄을 들고 포즈를 취하고 있다. (사진= KERI 제공)

[메디컬투데이 박제성 기자]

1000조분의 1초 단위인 펨토초 펄스파장 초미세 최첨단 레이저 기술이 티타늄 임플란트 제작에 활용될 전망이다.

과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하 전기전문 연구기관인 한국전기연구원(KERI) 전기의료기기연구센터 정보수 선임연구원‧이병학 선임연구원 연구팀은 ‘펨토초 레이저를 이용한 티타늄 표면처리 기술’을 개발했다고 10일 밝혔다.

펨토초(Femto second) 레이저는 1000조분의 1초라는 극히 짧은 시간 폭을 갖는 펄스형(Pulse) 파장을 발생시키는 레이저 시스템 기술로, 한국전기연구원이 자랑하는 대표 연구성과 중 하나다. 펄스 연속 반복률로 인해 평균 출력이 높고, 장시간의 동작에도 출력 안정성이 매우 우수해 초미세 가공이 요구되는 다양한 산업 분야에 적용될 것으로 기대하고 있다.

특히 펨토초 레이저 기술을 티타늄에 적용 시 임플란트 분야나 체내 이식형 의료기기 산업에서 가장 큰 효과를 볼 수 있다.

펨토초 레이저로 표면이 물과 친화력이 좋은 친수(親水)하게 처리된 티타늄으로 만들어진 임플란트는 생체적합도가 높고 골융합이 안정적으로 이루어질 수 있어 환자의 치료기간을 대폭 줄일 수 있다.

반대로 표면이 물과 친화력이 좋지 않은 소수(疏水)하게 처리된 티타늄 체내 이식형 의료기기는 몸속의 이물반응(몸에 들어간 물질에 대해 몸이 거부하는 반응) 및 혈액의 응고현상 개선에 도움을 줄 수 있다.

펨토초 레이저의 상용화 관건 중 하나는 가공 속도다. 기존 기술은 펨토초 레이저가 가진 미세 가공의 장점을 최대한 살리기 위해 매우 느린 속도로 물질을 가공하여 결과물을 얻어냈는데, 그러다 보니 하나의 결과물을 얻기까지 상당한 시간이 소요되어 산업화에 많은 어려움을 겪었다.

하지만 KERI가 개발한 기술은 펨토초 레이저가 가진 정밀성의 장점은 계속 살리면서도, 산업화가 가능할 정도의 빠른 가공 속도를 실현해 낸 최적의 표면처리 시스템이다.

연구팀은 넓은 시야각을 갖는 렌즈와 고속 회전 거울과의 조화를 통해 펨토초 레이저가 넓은 면적에서도 안정적으로 표면처리를 할 수 있는 시스템을 구축했다.

KERI 연구팀은 펨토초 레이저의 표면처리 기술을 티타늄 소재에 적용한다면, 티타늄 본래의 특성을 향상시키거나, 기능성 표면을 구현하는 데 유용하게 활용될 것으로 기대하고 있다.

흔히 티타늄은 가볍고 강도가 뛰어나며, 무독성 및 높은 생체 적합성 등의 장점으로 주로 의료분야에서 많이 활용되는데, KERI의 개발 기술을 활용하면 펨토초 레이저로 티타늄 소재 표면에 마이크로 나노 크기의 구조를 만들어서, 티타늄 표면을 친수(親水) 혹은 소수(疏水)한 성질로 만들어 더 뛰어난 치료 효과를 볼 수 있다.

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연구 개발자인 정보수 선임연구원은 “세계적인 수준의 KERI 펨토초 레이저를 실제 산업에 적용하기 위해 다양한 기초과학 응용분야를 탐색했고, 그중에서도 임플란트 등 의료기기 분야에서 많이 활용되는 티타늄의 표면처리 기술에 주목하게 됐다”면서 “레이저, 물질, 광학, 가공시스템 분야 KERI 동료들과의 협업을 통해, 펨토초 레이저의 장점을 극대화 할 수 있는 최적의 표면처리 시스템을 개발했다”고 전했다.

현재 해당 기술은 재료‧소재 부문의 한 전문 업체에 기술이전 되어 상용화를 준비하고 있다.  
메디컬투데이 박제성 기자(do840530@mdtoday.co.kr)
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