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금속 및 세라믹소재

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바이오세라믹
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

바이오세라믹 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : 바이오세라믹이란 생체가 가지고 있는 구성 원소들과 유사한 원소로 이루어져 있거나 독성이 없는 재료로 구성되어 생체친화성이 우수하며 이를 생체에 이식시켰을 경우 뼈와 강한 화학결합을 하는 등의 생체적합성을 가지는 세라믹 소재로서 인공관절, 인공뼈 등의 경조직 대체재료로서 주로 사용되는 소재
  • 범위 : 생체불활성, 생체활성, 생분해성 세라믹 소재로서 금속산화물계, 유리(결정화 유리포함), 카본계 소재를 포함
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
대분야증분야용도
생체
불활성
알루미나 인공골두, 인공뼈, 안과보철기구, 치과용 임플란트, 상악골재건, 이비인후과용 등
지르코니아 인공골두, 치관코어, 임플란트 지대주 등
카본 인공심장판막, 인공관절 및 고정장치
생체
활성
바이오글라스 코팅재, 치조융선보강, 치주포켓소실용, 상악골재건, 이비인후과용, 경피접촉기구, 척추대체재료
결정화 유리
수산화아파타이트 골 결합용 코팅, 골대체 소재 등
생체
분해성
TCP 임시 골충진재, 치주포켓소실용, 조직공학용 지지체 등
CMP

[ 공급망 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발
테마
공급망 관점세부기술
바이오
세라믹
분말합성기술 바이오세라믹을 분말형태로 합성하는 기술
코팅관련 공정기술 바이오세라믹을 임플란트 표면에 코팅하는 기술
3차원 성형기술 바이오세라믹을 3차원 형태의 치밀체 또는 다공체로 제조하는 기술
후처리관련 공정기술 생체활성 표면처리 및 소독기술
나노복합화 기술 2종 이상의 바이오세라믹을 나노수준에서 복합화하는 기술
미세구조 제어기술 바이오세라믹을 나노/마이크로/마크로 수준별로 구조제어 하는 기술
3. 시장현황 및 전망분석
가. 시장현황 및 전망

(1)세계시장
- 2022년 세계 바이오세라믹 시장은 190.5억 달러 규모로 성장이 추정되고 있고, 연평균 성장률은 약 6.2%로 예상
- 2015년 기준 세계 의료용 바이오세라믹 시장의 지역 별 분포는 중국, 인도를 포함한 아시아 권역의 성장이
- 에너지 세라믹 분야에서는 친환경 자동차, 소형 로봇, 전동 공구, 우주·항공 및 방위산업 등에서 신시장이 창출되어 리튬이차전지 및 연료전지에 대한 수요가 크게 증가할 것으로 예상되어 2018년 1,500억 달러로 성장할 것으로 전망
- 바이오세라믹 소재시장은 치과용, 정형외과용, 생체이식용 세라믹을 포함하며 주요 재료는 알루미나 및 지르코니아 세라믹 소재로 구성
- 용도별로 고관절 등 정형외과용 수요 다음으로 인공치관용이 약 38% 점유
- 세계 바이오세라믹 시장을 주도하는 38개 기업 중에서 미국기업이 26개사, 유럽기업이 22개사로서 미국과 유럽기업이 바이오세라믹 시장을 지배하며, 일본도 4개 기업이 활발히 활동
-인공관절 산업의 세계시장 점유율은 미국의 CeramTec, Zimmer, DePuy, Stryker, Biomet 사와 영국의 Smith & Nephew 사가 90% 정도를 장악하고 있으며, CoorTek사는 고관절 사업확장 5개년 계획 추진 중
-세계 치과용 골이식재 시장은 Geistlich, Dentsply, Osteotech, Regeneration Technology, Tutogen Medical 상위 5개사가 전체 시장의 80% 이상을 점유하고 있는 과점시장
-바이오세라믹 등 생체소재는 의료기기 특성상 다른 산업과 구별되게 각 국가들의 정부에서 제조과정, 생산시설, 품질관리를 엄격하게 규제
-대부분의 생체소재 제조기업들은 일반 산업용 동일 원소재도 함께 생산하지만, 각 나라별 식품의약품안전청의 사전 제조 허가를 받아 생산하기 때문에 일반 산업용 생산량에 비해 의료용은 소량
-인공관절 분야 시장은 고령인구의 급증, 국가보험체제에 의한 보호, 성장은 점진적이나 국가차원에서 보호되는 시장 특성
-바이오세라믹 소재 중 인산칼슘계 세라믹소재는 생체적합성이 다른 소재에 비해 우수해 인공 골대체물로 사용돼 왔으나, 인산칼슘계 세라믹소재 자체가 가지는 낮은 기계적 물성 때문에 큰 하중을 받지 않는 부위와 치과용 영역에 국한돼 응용
-골 대체물로서 인산칼슘계 소재의 기계적 강도를 획기적으로 향상시키는 연구보다는 원료합성, 미세기공 도입 및 콜라겐 등의 골형성 물질 코팅을 도입해 골전도성과 골유도성을 향상시키면 다양한 외과적 활용 효과 기대
-고령화에 따른 치과용 및 정형외과용 임플란트의 보급이 활성화됨에 따라 이들 표면에 생체활성을 갖는 표면개질 신기술이 개발되면 생체 세라믹 원료 분말에 대한 수요가 지속적으로 증가할 것으로 기대
-고관절 보철물로 생체불활성 생체세라믹 골두가 1990년대 초부터 사용돼 왔는데, 지금까지 유럽지역에서만 약 2백만개 이상의 알루미나 골두를 사용
-골두를 알루미나 보다 높은 기계적 강도와 인성을 지닌 지르코니아를 사용해 환자에 따라 골두의 크기를 작게 하거나 지지대(stem)의 골두 삽입 부분 길이를 조절하는 등 고관절전치술 보철물 디자인에 융통성을 부여할 수 있게 돼, 인공관절용 세라믹소재 산업은 지속적으로 성장 전망
-자연치아와 동일한 투과성을 가질 뿐만 아니라 인공 치아로서 적합한 기계적 물성과 생체 특성을 갖는 지르코니아 소재를 이용한 심미보철치료 산업이 급성장
-인공치아용 지르코니아 원료분말 및 블록의 수요 등이 급증할 것으로 기대되며, 인공치아 제작을 위한 CAD/CAM 시스템이 개발돼 전도재관 및 브릿지 제작 공정이 더 쉬워져 인공치아용 바이오세라믹 소재시장이 획기적으로 커질 것으로 기대
-1990년대 중반부터 활발한 조직공학적 골 재생에 대한 연구는 현재의 골 조직 이식방법에서 발생 가능한 모든 문제점을 해결할 수 있는 가장 이상적인 방법으로서, 조직공학적 골 조직을 이용해 선천적 또는 후천적인 골조직의 결함을 효과적으로 치료할 수 있을 것으로 예상
-조직공학적으로 골조직을 재생하는 기술이 상업화 단계까지 이르지 않아 바이오세라믹 지지체 시장형성은 초기단계이지만, 조만간 시장이 형성될 것으로 기대 전망
-의료용 바이오세라믹 소재별 시장은 알루미나 및 지르코니아가 연 6% 이상 성장하며, 북미시장 규모는 약 40억 달러이며, 유럽시장 규모는 전 세계시장의 약 40% 점유
-임플란트와 생체와의 접합을 위해 생체활성 세라믹을 포함하여 의료기기의 표면코팅산업 분야의 성장이 커질 것으로 전망

[바이오세라믹의 시장규모 및 전망 ]

(단위: 억 달러)

제품 시장현황 및 전망
구분201620172018201920202021성장률(%)
세계 시장 132.8 141.0 149.7 159.0 168.9 179.0 6.2

* 자료: Grand View Research, Inc., 2016.02

(2)국내시장
-국내 바이오세라믹 시장은 2016년 약 3,700억 규모로서 2020년에는 4,250억 규모로 성장 예상
- 국내에서 개발·생산되는 바이오세라믹 소재 관련 제품은 다양하지 않으나, 생산하는 업체의 숫자는 많은 편으로, 대부분 치과용 임플란트 업체를 모기업으로 하는 기업과 작은 규모의 영세한 기업 등이 대부분
- 제품으로는 대부분 인공적으로 합성한 인산칼슘계 세라믹을 이용한 골대체재가 주를 이루고, 인산칼슘계 세라믹을 이용한 치과용 임플란트의 표면개질 제품과 골 시멘트도 생산
- 치과용으로 세라믹 도재가 생산되고 있고, 최근 들어 올세라믹(All Ceramic) 타입의 지르코니아 블록 제조회사가 많이 등장하고 있으나, 생산규모와 기술적인 면에서 세계적인 기업과 많은 격차를 보이고 있음
- 현재 많은 기업들이 골형성이 향상된 골대재 소재를 개발하기 위해 골 성장인자나 약물을 골 이식재에 접목시키는 기술을 상품화 진행하고 있고, 국내 여러 치과용 임플란트 회사들은 임플란트 표면에 생체적합성이 우수한 인산칼슘계 세라믹으로 코팅하는 기술을 개발 중
- 유·무기 나노복합체를 개발해 골 대체물로 이용하는 기술, 고 내마모성 인공관절 개발, 생체활성 결정화유리를 이용한 경추 및 요추 추간판 대체재 개발 등이 진행 중
- 국내 인공관절 시장은 거대자본과 기술력을 바탕으로 한 외국계 기업에 점유되었으나, 한국형 체형에 적합한 인공관절이 국산화 개발이 되고 있어 수입대체 효과가 클 것으로 기대
- 국내에서는 1998년 설립된 오스코텍이 18년 이상의 임상 사용으로 국내시장을 선점하고 있으며, 바이오세라믹 시장은 인공치아, 뼈이식재, 인공관절 순으로 성장이 예상
- 오스코텍은 골다공증치료제, 관절염 치료제등의 신약개발, 뼈관련 유전체 사업, 뼈이식재료를 포함한 신소재 및 생체재료의 개발, 항생제 및 항암제의 약물전달계 개발 등을 목적으로 설립된 연구개발 중심의 뼈전문 생명공학업체

[ 바이오세라믹의 국내 시장규모 및 전망 ]

(단위:억 원)

제품 시장현황 및 전망
구분201620172018201920202021성장률(%)
국내시장 3,705 3,835 3,969 4,108 4,252 4,401 3.5

* 자료: 치과용 충진재 관련, 메티바이오메드 자료, 인공관절 관련, 건강보건심사평가원 보험수가로 추정

4.기술분석
가. 기술동향 분석

(1) 세계동향

  • Kyocera의 경우에는 자사 고유의 기술을 바탕으로 소재, 소자 및 장치의 개발과 판매를 전개했 있지만, 시장점유율에서는 기대에 미치지 못함. 따라서, 기술력을 가지고 세계적인 업체들의 분업화 파트너로써 사업에 참여하는 전략이 필요
  • NOK, NDK, Toshiba, Toto, Nippon Cement사를 중심으로 세라믹 분리 시스템 개발을 위한 연구개발이 진행되고 있으며, 현재 개발된 세라믹 멤브레인은 정수 시스템에 적용하여 평가받는 단계 도달

(2) 국내동향

  • 국내의 경우 현재, 세계적인 업체들의 분업화와 연계될 수 있을 정도로 기술력이 있는 업체는 제한적이며, 다국적 기업화와 의료용구라는 특수성으로 인하여 새로운 기업의 시장참여는 어려운 상황
  • 최근 국내 바이오 세라믹소재 관련 기업들은 자사의 보유기술을 기반으로 해외시장 진출을 가속화하고 있는 추세
5.핵심요소기술 선정

확정된 요소기술을 대상으로 중소기업에 적합한 핵심요소기술 선정

[ 핵심기술 선정결과 ]

핵심기술 선정결과
분류핵심 요소기술키워드
생체 적합성 소재 생체활성 유리조성 개발 및 성형 기술 생체활성, 세라믹 성형 기술, 생체적합, 높은 조직 결합성
인산칼슘계 분말합성 및 소결 기술 높은 조직 결합성, 생체적합, 인산칼슘계 분말, 소결
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생체용 활성 복합소재 생체활성 소재개발 및 코팅기술 생체적합성, 생체활성, 생체용 소재 코팅
생분해성 복합소재 합성 기술 생분해성 소재, 생체적합성