Ag Impregnated HAp Coatings on Alumina Substrate by IBAD and Its Biological Test

IBAD를 이용하여 알루미나 위에 HAp를 Coating하는 연구와 이의 항균력 시험

Hydroxyapatite was used as implant materials, because it has a good biocompatibility and is similar to human bone. However it is not expected to have a high strength as implant materials because of a low fracture strength after sintering of HAp. Alumina ($\alpha$-alumina) shows a stable chemical properties and high strength in physiological environments. Thus it was tried to use a HAp coatings on Alumina substrate as implant materials. In this study, HAp was coated on Alumina substrate by lon Beam Assisted Deposition(IBAD). Then Ag was impregnated on HAp coating layer, which showed antimicrobial effects. To carry out the ion exchange of $Ag^+$ with $Ca^{2+}$ in HAp on the surface, HAp coated alumina substrate was immersed in 20ppm, 100ppm $AgNO_3$ solution at room temperature for 48 hours. Antimicrobial test was studied by using bacteria, which normally caused periprosthetic infections. The follwing bacteria was used in antimicrobial test. Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa (gram negative) and staphylococcus epidermidis (gram positive). Ag impregnated HAp shows very good antimicrobial effects against these bacteria. The surface structure of sample, which was treated in $AgNO_3$ solution was studied by SEM, XRD. Ag release curve was studied in Simulated Body Fluid (SBF) solution.

Hydroxyapatite($Ca_10(PO_4)_6(OH)_2$)는 생체친화성이 뛰어나고 인체의 뼈와 성분이 비슷하여 생체이식재료로 많이 사용되고 있다. 한편 HAp는 소결후 낮은 강도 때문에 HAp자체만으로는 생체이식재료로서의 강도를 기대할 수가 없다. 그러나 알루미나는 생리화학적인 환경에서 높은 강도와 매우 안정한 성질을 가지고 있기 때문에 알루미나 위에 HAp를 coating시켜 사용하려는 시도가 있었다. 본 연구는 알루미나와 HAp의 장점만을 이용하고, HAp에 항균성 물질을 첨가하여 항균효과를 나타내도록 하였다. 항균test는 생체재료이식시 가장 많은 감염을 일으키는 bacteria를 사용하여 실시하였다. 먼저 HAp에서 $Ag^+$와 $Ca^{2+}$이 이온교환을 시키기 위하여 20ppm, 100ppm의 $AgNO_3$용액에 48시간동안 처리하고, 이 재료를 사용하여 항균test를 하였다. 항균test에 사용된 bacteria는 gram negative bacteria인 Escherichia coli와 Pseudomonas aeruginosa, gram positive bacteria인 Staphylococcus epidermidis를 사용하였고, 항균test결과는 매우 좋은 것으로 나타났다. $AgNO_3$용액에서 처리한 sample들은 SEM과 XRD를 사용하여 표면구조와 성분을 조사하고, 유사생체용액(Simulated Body Fluid)에서 Ag release curve를 조사하였다.