전기연구원 펨토초 레이저 활용 티타늄 표면처리 기술 개발
1,000조분의 1초 세계최고 펨토초 레이저 기술, 임플란트 제작에 활용
임플란트 골융합 향상을 통한 치료기간 단축 효과
대면적 표면처리가 가능한 기술로 다양한 산업분야 활용 기대
작성 : 2019년 09월 12일(목) 22:31
게시 : 2019년 09월 12일(목) 22:35
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한국전기연구원의 연구개발자 정보수 선임연구원(앞)과 이병학 선임연구원이 펨토초 레이저 장비 앞에서 표면처리 된 티타늄을 들고 포즈를 취하고 있다.

1000조분의 1초(10-15) 초미세 최첨단 펨토초 레이저 기술이 임플란트 제작에 사용되는 등 다양한 산업분야 활용이 기대된다.
한국전기연구원(KERI, 원장 최규하) 전기의료기기연구센터 연구팀 정보수 선임연구원과 이병학 선임연구원은 최근 ‘펨토초 레이저를 이용한 티타늄 표면처리 기술’을 개발했다고 밝혔다.
펨토초(Femto second) 레이저는 1000조 분의 1초라는 극히 짧은 시간 폭을 갖는 펄스를 발생시키는 레이저 시스템 기술로, 전기연구원이 자랑하는 대표 연구 성과 중 하나다. 펄스 반복률 및 평균 출력이 높고 장시간의 동작에도 출력 안정성이 매우 우수해 초미세 가공이 요구되는 다양한 산업 분야에 적용될 것으로 기대된다.
펨토초 레이저의 상용화 관건 중 하나는 가공 속도다.
기존 기술은 펨토초 레이저가 가진 미세 가공의 장점을 최대한 살리기 위해 매우 느린 속도로 물질을 가공해 결과물을 얻어냈기 때문에 하나의 결과물을 얻기까지 상당한 시간이 소요돼 산업화가 쉽지 않았다.
그러나 이번에 개발된 기술은 펨토초 레이저가 가진 정밀성의 장점은 살리면서 빠른 가공 속도를 실현해 산업화를 가능하게 하는 최적의 표면처리 시스템이다. 연구팀 관계자는 “넓은 시야각을 갖는 렌즈와 고속 회전 거울과의 조화를 통해 펨토초 레이저가 넓은 면적에서도 안정적으로 표면처리를 할 수 있는 시스템을 구축했다”고 말했다.
펨토초 레이저의 표면처리 기술을 티타늄 소재에 적용하면 티타늄 본래의 특성을 향상시키거나 기능성 표면을 구현하는 데 활용될 전망이다.
가볍고 강도가 뛰어난 티타늄은 무독성 및 높은 생체 적합성 등의 장점으로 의료분야에서 자주 사용됐다. 이번에 개발된 기술 덕분에 펨토초 레이저로 티타늄 소재 표면에 마이크로 나노 크기의 구조를 만드는 것이 가능해졌다. 따라서 표면이 친수(親水) 혹은 소수(疏水)한 성질을 띠게 되고, 뛰어난 치료 효과를 볼 수 있다.
특히 티타늄이 핵심인 임플란트 분야나 체내 이식형 의료기기 산업에서 가장 큰 효과를 볼 수 있다는 평가다. 펨토초 레이저로 표면이 친수(親水)하게 처리된 티타늄으로 만들어진 임플란트는 생체적합도가 높고 골융합이 안정적으로 이루어질 수 있어서 환자의 치료기간을 대폭 줄일 수 있다. 반면에 표면이 소수(疏水)하게 처리된 티타늄으로 만들어진 체내 이식형 의료기기는 몸속의 이물반응(몸에 들어간 물질을 몸이 거부하는 반응) 및 혈액의 응고현상 개선에 도움을 줄 수 있다.
정보수 선임연구원은 “펨토초 레이저를 실제 산업에 적용하기 위해 다양한 기초과학 응용분야를 탐색했고 그중에서도 의료기기 분야에서 많이 활용되는 티타늄의 표면처리 기술에 주목하게 됐다”며 “레이저, 물질, 광학, 가공시스템 분야와의 협업을 통해 펨토초 레이저의 장점을 극대화 할 수 있는 최적의 표면처리 시스템을 개발했다”고 설명했다.
현재 해당 기술은 재료‧소재 부문의 한 전문 업체에 기술이전 되어 상용화를 준비하고 있다. 연구팀은 기술이전뿐만 아니라, 제품 상품화까지 성공할 수 있도록 업체에 대한 기술자문 및 지원을 계속한다는 계획이다.
윤재현 기자 기사 더보기

mahler@electimes.com

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