<생활 속 철 이야기> 골절치료에 사용되는 생체금속
<생활 속 철 이야기> 골절치료에 사용되는 생체금속
  • 방정환
  • 승인 2017.04.14 07:00
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STS 316L 골 고정용으로 많이 사용돼

  생체재료(Biomaterials)란 용어에 대해 세계적으로 통일된 정의는 아직 없으나 의약품을 제외한 인공 또는 천연의 재료로서, 인체 내에서 사용 기간에 관계없이 인체 내 계통(System)의 전체 또는 일부에 사용되어 인체의 조직, 기관 또는 기능을 치료, 보강 및 회복시키는 재료를 일컫는다.

  생체재료의 기원전 2000~3000년 전부터 시작되었다. 중국, 로마 등지에서 금으로 만든 의치, 유리 안구 및 나무로 만든 치아 등이 이식용으로 사용된 흔적이 있으며 청동이나 구리 등을 이용하여 부러진 뼈를 접합하기도 하였다.

  하지만 실질적인 생체 재료의 사용은 1860년대 리스터(Joseph Lister)에 의하여 무균 외과 수술기법(Aseptic surgical technique)이 개발된 후에야 가능하게 되었다. 그 이전의 이식 수술에서는 철, 금, 은, 백금 등이 사용된 것으로 추정은 되지만 세균 감염으로 인하여 대부분 이식 수술이 성공적이지 못했으며 이로 인해 생체 재료의 사용이나 개발이 활발하게 이루어지지는 않았다. 또한 보철 치료 등도 인체 내부에 하는 것이 아니라 신체 외부에 하는 것이 일반적이었다.

  리스터가 무균 외과수술기법을 개발한 이후 1880년 글럭(Gluck)이 뼈를 고정하기 위해 수지성 시멘트와 상아를 이용하여 보철을 시도하였고 1890년에는 레인(Lane)이 골절 고정에 금속제 나사와 고정판을 사용하였다.

  1910년대 셔먼(Sherman)이 바나듐 합금을 사용하여 고강도 bone plate를 제조하였으나 인체 내에서 너무 빨리 부식이 발생하는 문제점이 나타났고 이를 보완하기 위해 1930년대 들어서 스테인리스 스틸이나 코발트-크롬 합금이 생체 재료로 개발되어 현재까지 bone plate나 인공 관절의 재료로 사용되고 있다.

  현재 사용되고 있는 생체재료는 크게 금속, 고분자, 세라믹 및 복합재료 등으로 구분할 수 있는데 금속계 생체재료는 주로 골절 치료용으로 많이 사용되고 있다. 골절된 뼈를 고정하며 힘을 지탱하고 또 무수히 반복되는 힘을 견뎌야 하기 때문이다.

  골절 치료를 위해 사용되는 생체금속의 용도는 다양하다. 뼈가 부러졌을 때는 뼈를 고정하는 골 고정용 와이어로 부러진 부위를 묶어주거나 골 고정판, 골 고정용 스크류로 서로 연결하고, 골수 내에 금속 로드를 박아 체중을 지탱하게 한다. 뼈를 고정해 더 이상의 골절이 진행되지 않도록 하고, 뼈가 다시 붙을 수 있도록 하는 것이다.

  이러한 생체금속에서 가장 중요한 조건은 인체 내부에서 재료가 녹이 슬지 않아야 한다는 것이다. 우리 몸은 60~70%가 물로 되어있고, 부식을 일으키는 염소 이온이 풍부하므로 소재에 녹이 생기기 좋은 환경이기 때문이다.

  초기 생체금속은 철, 금, 은, 백금 등 다양한 재료가 사용되었으나 최근에는 스테인리스 제품이 가장 많이 사용되고 있는데 그 중에서도 부식을 최소화하기 위해 탄소의 농도를 최저인 0.03% 이하로 낮춘 제품인 SUS 316L이 골 고정용으로 가장 많이 사용되고 있다. 이외 타이타늄과 코발트-크롬 합금 등이 생체 금속재료로 많이 사용되고 있다.

  생체재료가 우리 몸에서 잘 활용되기 위해서는 ‘생체 안정성’과 ‘생체 친화성’이 요구된다. 생체 안정성이 중요한 이유는 아무리 우수한 재료라고 해도 우리 몸 속에서 유해한 물질을 방출하거나 독성반응을 나타내면 생체재료로 적합하지 않기 때문이다. 또한, 생체 안정성이 확보된 소재라고 해도 몸 속의 조직과 닿아 예상치 못한 알레르기 반응이나 기타 부작용을 일으키면 이를 사용할 수 없기 때문에 생체 친화성 또한 중요하다.


포스코경영연구원 철강연구센터 이종민 수석연구원
 


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