흡수성 마그네슘 합금 기반 이식용 의료기기의 품질 확보를 위한 제조 공정 관리, 미세구조 제어 및 안전성 고려 사항 doc_id CNTS-00118871651_2

제조된 흡수성 합금은 궁극적으로 인체와 접촉을 하게 된다. 따라서 용해 및 주조 공정 전에 원재료 자체의 불순물 수준이 관리되어야 하며 보관하고 용해를 진행하는 동안 불순물의 혼입을 최대한 방지하기 위한 공정을 개발하고 환경을 유지해야 한다. 대기와의 반응을 제어하기 위해서 진공용해로를 활용할 수 있고 반응을 제어하면서 용해하거나 고품질 플럭스(flux) 등을 이용하여 대기 등과 반응물(산화물, 질소화합물 등)의 생성을 최대한 막도록 노력하는 것이 바람직하다. 용탕(molten metal) 중 수소 등 가스를 제거하고, 불순물의 분리 침강을 위해 침정 시간을 설정하는 것이 중요하다. 마그네슘 합금 용해에는 철제 도가니가 사용될 수 있는데, 철이 혼입되면 소재 특성에 영향을 주기 때문에 용해 전 도가니 내 세척 및 내 벽면 코팅 등으로 철의 혼입을 억제할 필요가 있다. 따라서 도가니의 원료는 철, 구리, 니켈 등 불순물 원소의 함유량을 최대한 억제한 것을 사용하는 것이 중요하다. 또한 용해 중 용탕 연소를 억제하기 위해 진공용해로를 사용하거나 발화를 억제시킨 대기용해로를 사용할 필요성이 있다. 미세구조적 특징은 주로 화학적 조성과 열간 가공 공정(예를 들면, 원재료가 가공재인지 주조재인지 여부)에 의해 결정된다. 가공된 원재료는 주조재보다 정제된 미세구조를 보일 수 있으므로 등방성(isotropy), 균일성, 혼합성 등에 대하여 ASTM E112에 따라 입자 크기를 평가할 수 있다. ASTM E1382, E2627 및 ISO 13067에 설명된 전자 후방산란 회절(EBSD) 방법(모두 주조된 합금과 가공된 합금에 적합함) 중 하나를 활용하여 정밀한 입자 경계 측정을 고려할 수 있다. 주조 합금은 보통 샷, 바 또는 잉곳의 형태로 되어 있고 주조물로 녹여서 열처리한 후 층상형, 수지상 및/또는 등축성 미세구조 특성을 보일 수 있다. 냉간 작업, 열처리(annealing) 또는 시효 처리된 조건이 있는 경우 이러한 요소가 부식 전 기계적, 물리화학적 및 분해 특성에 영향을 미치므로 품질 관리가 필요하다. ASTM E407 또는 ASTM E340 같은 금속현미경 에칭법(etching)은 부식 전 표면 경도 감소와 조성 균일성을 평가할 수 있기 때문에 열간 열처리로 인한 탈탄(표면상 탄소 산화)을 검출하는 용도로 활용할 수 있다. 금속의 미세구조는 화학적 조성(기지 원소 및 합금 원소)과 제조과정 중에 형성된 결과물이다. 따라서 동일한 화학적 조성을 갖더라도 상이한 제조 공정을 갖는 합금은 다른 미세구조를 갖게 된다. 마찬가지로, 동일한 제조 공정을 갖더라도 화학적 조성이 다르면 다른 미세구조를 포함하게 된다. 미세 구조는 임플란트의 성능에 중요한 영향을 미치기 때문에 미세 구조의 적합성을 평가해야 한다. ASTM F3160은 마그네슘(Mg), 철(Fe) 및 아연(Zn) 합금의 특성에 대해 중요한 정보와 평가 방법을 제공하므로 참고하도록 한다. 일반적으로 금속의 미세구조는 광학 또는 전자 현미경을 통해 관찰될 수 있다. ASTM E407, ASTM E340, ASTM E112, ASTM E1382, ASTM E2627 및 ISO 643은 미세 구조의 샘플 준비 및 특성을 관찰하는 방법을 제공하므로 참고하도록 한다. 압출, 압연, 단조 및 인발과 같은 공정은 일관된 형태로 미세 구조를 동시에 제어하고 후속 제조 공정에 투입될 반제품을 생산하는 데 적용된다. 모든 열간 가공은 미세 구조에 영향을 미치므로 흡수성 금속 및 임플란트의 성능을 결정하는 데 중요한 역할을 한다. 따라서, 미세 구조에 영향을 미치는 공정 파라미터는 그 중요도에 대해 평가되고 관리되어야 한다. 필요한 경우 정상적인 보관 조건에서도 미세 구조의 안정성을 평가해야 할 수도 있다. 열간 가공을 진행하는 동안, 가공 첨가제 또는 오염 물질이 흡수성 합금에 포함시킬 수 있다. 압출 또는 인발과 같은 윤활이 사용되는 방법에서는 원재료의 표면 또는 내부에 잔류 윤활제를 포함할 수 있다. 따라서 윤활 방법을 선택하거나 세척 및 모니터링 단계를 설계할 때 주의를 기울여야 한다. 또한 기계적인 가공에 사용되는 장비로부터도 오염이 발생할 수 있다. 공구의 마모는 일반적으로 예상되는 것이며 필요에 따라 원재료의 성능에 미치는 영향은 평가되고 관리되어야 한다. 골절합용판 등 박판 제품은 압연재를 레이저 등을 사용하여 절단하는 경우가 있다. 이 때 가공부위에 열 영향으로 인한 금속조직의 변화와 이로 인한 물성변화에 주의해야 한다. 열 영향이 적은 저출력 펄스 레이저 가공이 유용하다. 절삭 등으로 생긴 절삭칩은 타기가 매우 쉽고 물과도 격렬하게 반응하기 때문에 주의해서 처리해야 한다. 마그네슘 합금을 이용한 나사제조 공정은 절삭가공을 이용하는 것과 전조 및 단조를 이용하는 것으로 나뉜다. 또한 열처리는 절삭가공/기계가공 전에 진행하는 경우도 있으며 이때 열처리에 의한 물성변화를 확인할 필요가 있다. 가공 전 균일한 물성을 구현하기 위해서 균질화 처리 혹은 용체화(solution treatment) 처리 등의 열처리가 이루어질 수 있고, 저온에서 석출강화를 유도하기 위해 시효 처리(Aging)를 하는 경우도 있다. 시효처리할 경우에는 생성된 석출물의 분해 과정이 체내에 미치는 영향을 평가되어야 한다. 마그네슘 합금을 이용한 이식용 의료기기는 국제표준화기술문서 제출 대상인 4등급에 해당하므로 제조방법에 제조공정도를 포함하여 제조공정에 대한 설명을 기재해야 한다. 제조방법은 위탁공정·검사공정 및 멸균공정을 포함하는 원재료 구입부터 최종제품 출하까지의 전체 제조공정에 대한 흐름도를 기재하고, 각 공정에 대한 설명을 기재해야 한다. 특히 제조공정도는 전체 흐름도와 함께 순차적으로 단위공정별로 작성한다. 제조원 이외의 장소에서 제품설계 및 제조 공정을 수행하는 경우 제조공정 흐름도에 각 제조소의 제조국, 제조사명, 주소를 기재하고, 멸균방법, 멸균조건도 추가 기재한다. 특히, 제품의 성능 등에 영향을 미치는 주요 공정(기계가공, 표면처리 등)에 해당하는 사항은 상세조건을 포함하여 기재한다. 제조공정은 미세구조에 큰 영향을 미칠 수 있어 기계적 특성과 부식 특성에 영향을 준다. 다음은 용해에서 완제품 제조까지의 제조 기술 전반에 대해 의료용 원재료로 제조 시 고려해야 할 점을 주요 공정에서 설명한 것이다. 사용 시 주의사항은 흡수성 금속인 마그네슘 합금을 이용한 이식용 의료기기가 안전하고 합리적으로 사용할 수 있도록 필요한 최신의 안전성관련 사항을 모두 기재해야 한다. 특히, 임상시험 결과 등에 따른 부작용과 마그네슘 합금을 이용한 이식용 의료기기의 일반적으로 알려진 부작용 등을 명시하여 환자의 안전을 위한 마그네슘 합금을 이용한 이식용 의료기기의 정보와 발생 가능한 부작용의 위험성을 인지할 수 있도록 해야 한다. 또한 마그네슘 합금을 이용한 이식용 의료기기는 인체에 이식하기 때문에 “인체 이식 의료기기의 자기공명(MR)환경 안전성 가이드라인”(식약처, 2016) 및 표9의 MRI 관련 ASTM 규격에 따라 의료기기를 이식한 환자가 자기공명 환경에서 주의하여 사용하도록 제품의 안전성 분류에 따라 적절한 주의사항 문구기재가 필요하다. 사용 시 주의사항에는 알려진 부작용 이외에도 임상시험과 관련된 금기사항이나 주의사항에 대해서 명시해야 한다.