펨토초 레이저로 티타늄 임플란트 몸에 딱 맞게 가공한다

2019.09.10 13:44
정보수 한국전기연구원 전기의료기기연구센터 선임연구원(왼쪽)과 이병학 선임연구원이 펨토초 레이저 장비 앞에서 레이저를 활용해 가공한 티타늄 소재를 들어 보이고 있다. 한국전기연구원 제공
정보수 한국전기연구원 전기의료기기연구센터 선임연구원(왼쪽)과 이병학 선임연구원이 펨토초 레이저 장비 앞에서 레이저를 활용해 가공한 티타늄 소재를 들어 보이고 있다. 한국전기연구원 제공

1000조분의 1초마다 깜빡거리는 고성능 레이저 기술을 활용해 인체에 맞는 티타늄 임플란트를 제작하는 기술이 개발됐다.

 

정보수 한국전기연구원 전기의료기기연구센터 선임연구원과 이병학 선임연구원은 1000조분의 1초라는 짧은 시간 폭을 갖는 펨토초 레이저를 이용한 티타늄 표면처리 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

 

펨토초 레이저 상용화의 걸림돌은 가공 속도다. 펨토초 레이저는 극히 짧은 시간 동안 레이저를 쏘기 때문에 정밀한 가공을 할 수 있는게 가장 큰 장점이다. 하지만 장점을 살리기 위해 매우 느린 속도로 물질을 가공하다보니 하나의 결과물을 얻기까지 상당한 시간이 들었다.

 

연구팀은 넓은 시야각을 갖는 렌즈와 고속 회전 거울을 결합시켜 펨토초 레이저를 넓은 면적에서 안정적으로 표면처리할수 있도록 했다. 시야각을 넓히면 가공의 정밀도는 조금 내려가지만 대신 가공 속도를 높게 끌어올릴 수 있다. 정 선임연구원은 “기존 초당 수십 마이크로미터(㎛, 10만 분의 1m) 수준이던 펨토초 레이저의 가공 속도를 초당 500㎜로 높였다”며 “펨토초 레이저의 장점을 살리면서도 가공 속도는 늘리는 절충안을 제시한 것”이라고 말했다.

 

연구팀은 펨토초 레이저의 표면처리 기술을 티타늄 소재에 적용했다. 티타늄은 가볍고 강도가 뛰어난데다 독성이 적고 생체 적합성이 높아 주로 의료분야에서 활용된다. 연구팀은 표면 가공 기술을 통해 다양한 구조를 만들어 표면이 물에 잘 젖는 친수성을 띄거나 물에 젖지 않는 소수성을 띌 수 있게 했다. 친수성 표면으로 만든 티타늄은 뼈 임플란트로 활용하면 생체적합도가 높아 치료기간을 줄일 수 있다. 반대로 소수성 표면을 만든 티타늄은 이물반응이 잘 나타나는 곳에 이식형 의료기기로 활용해 이물반응을 최대한 억제하는데 활용할 수 있다.

 

연구팀은 올해 초 가공 기술에 대한 개발을 완료하고 지난달부터 재료 및 소재 부문의 한 전문업체에 이 기술을 이전하고 있다. 연구팀은 “기술이전 뿐 아니라 상용화까지 성공하도록 업체에 대한 기술자문 및 지원을 계속할 것”이라고 말했다.

 

정 선임연구원은 “세계적 수준의 펨토초 레이저 기술을 신제 산업 기기에 적용하기 위해 응용분야를 찾던 중 임플란트 등 의료기기 분야에 많이 활용되는 티타늄 표면처리 기술에 주목했다”며 “전기연 내 레이저 물질과 광학, 가공시스템 분야 연구자들과 협업을 통해 펨토초 레이저의 장점을 극대화하는 표면처리 시스템을 개발했다”고 말했다.

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