학문
인공장기의 재료는 어떤 조건을 충족해야 하나요?
인공관절이나 혈관 대체재처럼 인체 내부에 사용되는 의료용 재료는 신체 조직과 직접 접촉할 수 있는데, 생체적합성과 내구성, 마모 특성을 평가할 때 어떤 기준을 고려하는지 의견 부탁드립니다.
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 박재화 박사입니다.
인공장기에 쓰이는 재료는 몸속에서 독성이나 심한 염증, 면역반응을 일으키지 않는 생체적합성이 가장 기존적으로 필요한 요소입니다.
인공관절처럼 힘을 많이 받는 재료는 오랜 기간 반복적인 하중을 견디는 강도와 피로수명도 중요한데, 관절 부품은 마찰과 마모가 적어야 하고, 마모가루가 주변 조직에 염증을 일으키지 않는지도 함께 평가하게 됩니다.
혈관 대체재는 혈액과 직접 닿기 때문에 현전이 쉽게 생기지 않는지와 적절한 유연성도 중요한 조건으로 볼 수 있습니다.
인공장기 재료는 단순하게 단단한 것보다는 인체와 잘 어울리면서 오랫동안 기능을 유지할 수 있는지가 핵심이라고 볼 수 있습니다.
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채택된 답변안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
생체적합성은 재료가 몸속에서 독성이나 염증, 알레르기, 암 같은 해로운 반응을 일으키지 않는지를 봐요. 국제표준 ISO 10993에 따라 세포 독성, 감작, 이식 반응 같은 시험을 거쳐요. 혈관 대체재처럼 피와 닿는 재료는 표면에 혈전이 생기지 않는지도 따로 확인해요.
체액은 37도의 염분이 섞인 물이라 금속을 부식시키기 쉬워서, 인공관절에는 표면에 단단한 산화막이 생기는 타이타늄 합금이나 코발트크롬 합금을 써요. 엉덩이 관절은 1년에 100만 번 넘게 하중을 받아 1,000만 번 이상 견디는지 피로 시험을 해요. 뼈보다 지나치게 단단하면 하중을 재료가 다 떠맡아 주변 뼈가 약해져서 탄성도 뼈와 비슷한 쪽을 골라요.
관절처럼 서로 비비는 면에서 깎여 나온 미세한 가루는 면역세포를 자극해 주변 뼈를 녹이고, 인공관절을 헐겁게 만들어요. 그래서 걸음을 흉내 내는 시뮬레이터로 수백만 번 움직여 마모량을 재고, 세라믹 머리와 가교 폴리에틸렌 같은 조합으로 마모를 줄여요 :)
인공장기용 재료는 인체에 해를 주지 않으면서 오랫동안 기능을 유지하는 것이 아무래도 중요합니다.
생체적합성은 세포 독성과 알레르기 반응, 염증 유발 여부 등을 평가하고, 혈관 대체재는혈액 응고나 혈관 손상 가능성도 확인해야 합니다.
인공관절의 경우는 반복적인 하중과 마찰에 잘 견뎌야 하기 때문에 강도나 피로 수명, 마모로 생기는 미세 입자 같은것들의 영향까지도 살펴봐야 합니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
인체 내부에 사용되는 인공장기와 임플란트 소재는 살아있는 생체 조직과 직접 접촉하므로 극도로 엄격한 물리·화학적 및 생물학적 기준을 충족해야 합니다 우선 생체적합성 측면에서 세포 독성이나 면역 거부 반응 염증을 일으키지 않아야 하며 혈관 대체재의 경우 혈전 형성을 억제하는 뛰어난 혈액적합성이 필수적입니다. 또한 내구성 측면에서 인체 내의 지속적인 하중과 수백만 번의 반복적인 피로 하중을 견뎌야 하며 부식성이 강한 체액 환경 속에서도 변형이나 이온 용출이 없는 높은 내식성을 가져야 합니다. 특히 인공관절처럼 지속적인 마찰이 일어나는 부위는 마모 특성이 매우 중요하여 마찰 계수가 낮고 미세한 마모 파편 생성을 최소화하여 주변 조직의 골 용해나 염증 반응을 막아야 합니다 결과적으로 이러한 기준들은 티타늄 합금 코발트-크롬 합금, 고분자 및 세라믹 등 각 부위의 하중 조건과 생리적 환경에 맞춘 최적의 소재 설계와 표면 처리를 통해 종합적으로 평가되고 구현됩니다