[신소재 설계입문] 생체 세라믹 재료를 이용한 인공뼈의 설계 보고서

소개

신소재 설계입문 과목에서 재료 설계 프로젝트에 관한 보고서 입니다.

인공뼈를 설계하기로 선정하고 그에 맞는 구성을 갖추고 있습니다.

본 보고서에서는 고령화 사회로 전이가 급속히 진행되는

현 사회에서 눈부신 의료 기술의 발달에 따라 점점 수요가 증가하는 인공뼈에 대한 개선을 목표로 기술되었습니다.
특히 생체친화성, 내식, 내마모성이 우수한 세라믹 재료를 사용하여 기존의 장점은 부각시키면서
단점을 보완하는 설계를 구조, 재료, 공정 측면에서 시도하였습니다.
FM(Fiberous Monolithic) 공정에 기공형성제를 도입하여 다공질 섬유단상조직을 만들고
이를 통해 생체 불활성 세라믹재료의 단점인 파괴 인성을 향상시키고 세포가 자랄 수 있는 공간을 확보할 수
있도록 하였습니다.
또한, MOCVD공정을 사용하여 수산화아파타이트를 다공질 섬유단상조직 위에
Coating함으로서 생체친화성을 극대화 시켰습니다.
또한 FM공정의 분말재료로는 ZTA(Zirconia Toughend Alumina)와 탄소(기공형성제)를 사용하여 다공질 섬유단상조직을 구현함과 동시에 다공질에서 약해질 수 있는 강도를 보완하는 방향으로 설계하였습니다.


보고서의 퀄리티가 매우 높으며 레포트 점수또한 최고 점수를 받을 수 있었습니다.

유용하게 쓰시길 바랍니다.

목차

Ⅰ. Introduction
Ⅱ. 대주제의 개요
Ⅲ. 소주제의 개요
Ⅳ. 설계
Ⅴ. Conclusion
Ⅵ. 감사의 말
Ⅶ. Reference

본문내용

인체의 구성요소인 뼈는 예기치 않은 사고나 질병에 의한 치명적인 손상 시 생명의 단축을 야기하므로 적절한 생체 이식과정을 통하여 인간의 생명연장을 실현시키고 있다. 그러나 현재 이 과정은 공급자보다는 수요자가 훨씬 많으므로, 선진 각국에서는 적절한 생체재료를 선택하여 집중적인 연구 투자와 개발을 통한 안정적인 인공뼈의 공급을 실현시키자 전력을 다하고 있다. 생체재료로서 주목을 받고 있는 재료 중에 고분자재료는 불완전한 고분자화, 금속재료는 금속이온의 용출 현상으로 생체 내 축적 및 생체반응이 단점으로 지적되고 있어 생화학적으로 매우 안정한 바이오세라믹 재료의 활용이 급속하게 대두되고 있다. 일반적으로 바이오세라믹 재료는 우수한 내부식성, 내화학성, 생화학적 불활성을 가진 생체불활성 재료와 우수한 생체 적합성을 가진 생체활성으로 나눠진다. 하지만 생체불활성재료의 낮은 생체 적합성과 취성과 생체활성재료의 좋지 않은 기계적 성질 때문에 그 응용이 제한되고 있다. 세라믹의 광범위한 활용을 위해서는 이 같은 제한성의 개선이 절실하다.
본 보고서에서는 생체 불활성 재료와 생체 활성 재료의 hybrid를 통하여 장점은 부각시키고 단점은 보완시키는 설계 방법들을 구조적, 재료적, 공정적인 측면에서 제안하려 한다.

참고자료

· [1]정용수, “생체용 재료 기술의 개요”, 기계와 재료, 한국기계연구원, 6p-8p, 2008 봄
· [2]윤희숙, 김승언, 현용택, “나노-바이오 재료”, 기계와 재료, 한국기계연구원, 9p-24p, 2008 봄
· [3]윤택림, “정형외과용 생체재료 현황”, 기계와 재료, 한국기계연구원, 25p-39p, 2008 봄
· [4]이종은, 권영일, “인공 관절”, TCI Report, 한국 과학 기술 정보연구원, 2006
· [5]Lak-Hyoung Lee and Jung-Soo Ha, Fabrication and Properties of Bioactive Porous Ceramics for Bone Substitution, Journal of the Korean Ceramic Society Vol.45, No.10, pp.584~588, 2008
· [6]이규승 외 3명 공저, 바이오메카트로닉스 개론, 성균관대학교 생명공학부 바이오메카트로닉스 학과, 57~60p
· [7]임군일, 인공관절 재료로서의 세라믹, 대한고관절학회지, Vol. 17, No. 3, September, 2005
· [8]김해원, 김현이, 생체세라믹스의 이용과 최근 연구동향, 세라미스트 제 7권 1호, 2004
· [9]이상훈, 생체활성 세라믹/고분자 나노복합체의 개발의 응용, Polymer Science and Technology Vol. 14, No. 3, June 2003
· [10]김해원, 조직재생용 고분자-세라믹 하이브리드 생체재료, 고분자과학과 기술 Vol. 17, No. 6 December 2006
· [11]L. M. Rodrı´guez-Lorenzo, M. Vallet-Regı´, J. M. F. Ferreira, M. P. Ginebra, C. Aparicio, J. A. Planell, Hydroxyapatite ceramic bodies with tailored mechanical properties for different applications, RODRI´GUEZ-LORENZO ET AL., July 2001
· [12]손은화,강현무,김은선, “바이오 인공장기”, 한국과학기술정보원, 2002
· [13]R.Bruce Martin, David B.Burr, Neil A.Sharkey, Skeletal Tissue Mechanics, Springer, pp.134~138, 1998
· [14]http://www.web-books.com/eLibrary/Medicine/Physiology/Skeletal/Skeletal.htm
· [15]2003, 반도체 공정기술 , 황호정, 생능출판사
· [16]http://dtfl.snu.ac.kr,서울대학교 유전박막실험실
· [17]www.ornl.gov/sci/nstl/equipment.htm
· [18]www.nanocenter.umd.edu/new_facilities/FabLab.php
· [19]www.tekvac.com/prdUHVCVD.html
· [20]A New Synthetic Route to Hydroxyapatite Coatings
· [21]Metal organic chemical vapour deposition (MOCVD) of bone mineral like carbonated hydroxyapatite coatings
· [22]Surface and bulk study of calcium phosphate bioceramics obtained by Metal Organic Chemical Vapor Deposition
· [23]Atomic layer deposition and characterization of biocompatible hydroxyapatite thin films
· [24] E.W. Berg and N.M. Herrera, Anal. Chem. Acta 60 (1972) 117.
· [25]XinWanga, Jintao Tiana, Xuegang Yub, Yan Shanb, Zifeng Liua, Yansheng Yina, effect of microstructure on the fracture behavior of micro-nano ZTA composite, Materials Chemistry and Physics 112, 2008
· [26]influence of zro2 on the thermo-mechanical response of nano-ZTA, D. Sarkar, S. Adak, M.C. Chu, S.J. Cho, N.K. Mitra, Ceramics International 33, 2007
· [27]X. He, Y. Z. Zhang, J. P. Mansell, B. Su, Zirconia toughened alumina ceramic foams for potential bone graft applications: fabrication, bioactivation, and cellular responses, Springer
· [28]송종택. <월간 세라믹스(92.2)>. P.64-67, 생체 재료로서의 세라믹스[29]김길영. <월간 세라믹스(92.2)>. P.74-77, 바이오 세라믹스의 생체친화성
· [30]출원인: 주식회사 엘지화학 서울특별시 영등포구 여의도동 20, 생체활성 세라믹 코팅 복합체의 제조방법, 대한민국특허청, 공개특허 10-2006-0030370, 2006년04월10일
· [31]이대길, 정광섭, 최진호, 복합재료, 시그마프레스, 1998,1~17p
· [32]신소재 연구회, 복합재료 입문, 겸지사, 2002
· [33]Studies on National Research Laboratory, Fibrous Monolithic Nano-structure Control of Bio-Ceramics, 과학기술부, 2004
· [34]바이오메카트로닉스 개론, 이규승 외 3명 공저, 성균관대학교 생명공학부 바이오메카트로 닉스 학과, 57~60p
· [35]히라오 다까시 외, 박막 기술과 응용, 겸지사, 2005