1. 기술로드맵

□ (총론) 조골 치료용 세라믹, 크라운 소재 등 기술 이슈에 대응하는 생체용 바이오 세라믹을 위한 중소기업 전략기술로드맵 구축

○ (중소기업 기술개발전략1) 산학연 협력을 통한 기술 개발

○ (중소기업 기술개발전략2) 대학과 연구소의 소재 기초연구나 기업 제품 분석 지원 수행

○ (중소기업 기술개발전략3) 기업의 소재 자체 개발 및 상용화 추진

[ 「생체용 바이오 세라믹」 기술개발 로드맵 ]

2. 개요

가. 정의 및 필요성

(1) 정의

□ 생체용 바이오 세라믹이란 인체 내외에 적용되어 단기간 또는 장기간 손상된 인체 조직이나 기관의 기능을 치료, 대치, 회복시키는데 사용되는 바이오 세라믹 소재가 생체조직이나 체액 등과 접촉하였을 때 세포 및 유전독성, 생체조직과의 자극 및 염증 등의 독성이나 거부반응 없이 주변 조직과의 재생효율이 좋은 바이오 세라믹 소재로 정의되며, 생체 적합성, 내식성, 내마모성 및 고담지 기능을 갖고 있어, 고부가가치를 창출할 수 있는 핵심 소재임

□ 일반적으로 생물학적 반응 정도에 따라 생체활성(Bioactive), 생체불활성(Bioinert), 생분해성(Biodegradable) 소재로 구분

□ 생체활성 바이오 세라믹 소재는 생체 친화성(bio-compatibility)이 높아 신체에 삽입되면 주위 조직과 화학적으로 결합하는 재료를 지칭하며, 인산칼슘계 세라믹이 대표적 소재

□ 생체불활성 세라믹은 생체활성 세라믹스와 달리 활성을 띠지 않는 소재로 신체에 삽입되면 염증과 독성은 유발하지 않지만, 생체조직과 직접 결합하지 못하고 주위에 섬유 조직이 생성되면서 결합하는 재료를 지칭하며, 경 조직 재생 분야에서는 알루미나와 지르코니아 등이 대표적 소재이고 색조화장품 분야에 마이카, 탈크, 세리사이트의 대표적 소재임

□ 생분해성 세라믹은 생체 상처 입은 조직을 치환할 뿐만 아니라 손상된 조직을 치료하며, 생체 자기 수복 기능을 돕는 역할과 뼈의 결합, 삽입 시 뼈가 서서히 자라면서 이식재로는 녹아서 없어지게 되고, 결국 신규 뼈로 교체되는 것을 인산칼슘계 세라믹의 용해도 조절을 통해 가능함

□ 생체용 바이오 세라믹은 세라믹 분야에서 바이오 및 전 세라믹에 포함되는 전략 품목으로, 인체 적합성 향상을 통해 세라믹 분야에 있어서 중소기업의 기술경쟁력 확보가 가능할 것으로 전망됨

[ 세라믹 품목 로드맵 내 생체용 바이오 세라믹 ]

(2) 기술개발 필요성

□ 현재 단순히 생체불활성 및 활성과 같은 물성 제어가 아닌 이식될 부위의 원래 골조직 구조와 조성을 그대로 모방하여서 골조직 재생을 유도할 수 있는 소재, 즉 지지체용 다공성 바이오 세라믹 소재 개발 관련 연구 진행

○ 기존 고강도 알루미나 및 지르코니아에서, 생체 친화성 뛰어난 다공성 아파타이트 및 인산칼슘 기반 골소재로 대체되고 있는 상황

○ 다공성 골소재의 낮은 기계적 물성을 향상시키기 위한 세라믹 고분자 복합소재 연구가 최근 해외에서 활발히 진행 中

□ 바이오 세라믹 연구개발의 주요 목적은 생체와 아무런 반응을 하지 않는 것이 생체에 가장 안전한 바이오 소재라 인식하여 이식된 부위에서 어떠한 생물학적 반응도 하지 않는 생체불활성 바이오 세라믹 소재의 수요가 증가

○ 전 세계적으로 조직 재생 및 노화 방지 등 국민의 삶이 질 향상 및 건강한 삶 기대에 따라 기능성을 갖는 생체용 바이오 세라믹 소재산업이 유망산업으로 자리매김

□ 경조직 재생 분야에서, 생체용 바이오 세라믹 재료는 기존 임플란트 대비 생체친화적이고 조직접합 및 재생 효율이 높아 치료 효율 및 수요가 증가

○ 전 세계적인 고령 인구 증가로 정형외과 치과용 임플란트 수요가 급증하고 있으나, 국내 원천소재 기술 부재로 Stryker(미) 등으로부터 수입

○ 국내의 기능성 화장품 산업은 미백, 주름, 자외선 차단 제품에 머물고 새로운 기능성 제품의 개발은 미비한 상태

○ 신흥산업에 적용할 수 있는 기능성 화장품들의 새로운 소재들을 개발하고 정치와 경제가 뒷받침되어 연구에 더 집중할 수 있는 환경이 갖춰져 다양한 기능성 화장품 산업 등의 발전이 필요

나. 범위 및 분류

(1) 가치사슬

□ (가치사슬) 인체 내에서 기계적, 화학적, 생물학적 특성과 역할을 향상하기 위해 맞춤형 소재 개발 요구

□ (후방산업) 생체용 바이오 세라믹 분말 합성, 입도 재어 및 형상 제어, 진공열처리, 각종 성형 장비, 세라믹 코팅 장비 등을 후방산업으로 함

○ 세라믹 기지 복합소재는 세라믹-세라믹, 세라믹-탄소, 세라믹-금속 복합소재 등 구분되며, 세라믹 소재를 함유하는 고기능성 복합소재가 개발되고 있음

□ (전방산업) 의료용 제품 및 색조화장품 등을 전방산업으로 함

○ 유럽 외 북미는 의료 지출이 눈에 띄게 증가하고 인구 사이와 건강에 관한 관심이 높아짐에 따라 바이오 세라믹 시장이 가장 빠르게 성장 중

[ 생체용 세라믹 가치사슬 ]

(2) 용도별 분류

□ 생체용 바이오 세라믹은 임상 적용 위치와 치료목적에 따라 제품의 제조공정을 달리 할 수 있어 다양한 형상을 제조하여 사용

[ 생체용 바이오 세라믹 품목 산업구조 ]

3. 환경 분석

가. 시장 현황 및 전망

(1) 개황

□ 바이오 세라믹 시장은 소수의 다국적 기업 지배하는 독과점 구조지만, 산학연 협력체계와 임상데이터 관리로 틈새시장 공략이 가능한 산업

□ 생체 친화성 바이오 세라믹 산업은 조직공학 및 뷰티케어(색조화장품) 분야와 연계하여 재료 자체의 개발에만 국한되지 않고 인체 내외에서 재료와 생체조직 간의 생체 적합성까지 고려한 제품을 공급하는 산업

□ 뷰티케어용 생체 친화성 바이오 세라믹은 피부 적용이 필수라서 다양한 화장품 임상시험 조건 충족 및 기능성 제품화에 주력하는 산업

□ 경조직용 생체 친화성 바이오 세라믹은 대부분 인체 내에서 사용되기 때문에 세포 반응을 통한 in-vitro 시험, 동물 체내에서의 in-VIVO 시험 등을 통해 재료 자체의 특성 향상뿐 아니라 인체 내에서 재료의 세포 조직 적합성에 관한 연구가 필수적이어서 학제 간 연구가 필요한 산업

□ 전방 및 후방산업 파급효과가 큰 수준이며, 국내 바이오 세라믹 소재 기술은 아직 초기 시장 진입 단계로, 일부 중소기업을 중심으로 부품산업 분야에서 점차 상용화 시장이 확대되고 있는 형태

□ 높은 기술성을 추구한 제품은 치료 효과가 높을 수 있지만, 예측하기 어려운 부작용 가능성도 수반하므로 인허가에는 불리할 수 있음

□ 국산 조직 재생용 치료제가 시장에 진입하고 있으나 수입품의 비중이 높은 편으로 원료 시장도 함께 성장하지 못하고 있음

(2) 관련 시장 규모 및 전망

① 세계 시장

□ 세계 생체용 바이오 세라믹 시장 규모는 2021년 30억 6,000만 달러에서 2027년 48억 달러로 연평균 7.58% 성장할 것으로 전망

○ 생체적합성 재료에 대한 수요 증가, 고령화 인구 증가로 인한 척주 및 정형 생물학 수술의 증가, 치과 치료에서의 사용량 증가 및 신체의 병든 경조직 대체를 위한 사용량 증가로 성장 주도하고 있지만, 엄격한 임상 및 규제가 바이오 세라믹 시장 성장을 방해하고 있음

[ 생체형 바이오 세라믹 세계 시장 규모 및 전망 ]

(단위 : 억 달러, %)

구분	‘21년	‘22년	‘23년	‘24년	‘25년	‘26년	‘27년	CAGR (‘21∼’27)
세계시장	30.6	33.1	35.8	38.5	41.4	44.6	48.0	7.58
* 출처 : Bioceramics Market Size & Share Analysis - Growth Trends & Forecasts (2023 - 2028) , Mordor Intelligence

② 국내 시장

□ 국내 생체용 바이오 세라믹 시장 규모는 2021년 887억 원에서 2027년 1,415억 원으로 연평균 7.0% 성장할 것으로 전망

○ 국내 시장은 노인층 인구 증가 및 생체재료 기술 경쟁력 향상에 따라 지속적인 시장 수요 및 확대가 예상됨

[ 생체용 바이오 세라믹 국내 시장 규모 및 전망 ]

(단위 : 억 원, %)

구분	‘21년	‘22년	‘23년	‘24년	‘25년	‘26년	‘27년	CAGR (‘21∼’27)
국내시장	887	959	1,037	1,21	1,211	1,309	1,415	7.0%
* 출처 : Generative AI_south korea_Statista Market Insights_('23.08)

나. 기술개발 동향

(1) 개황

□ 세라믹 소재 기반 자외선 차단 기능성 화장품 개발에 대한 요구 증대

□ 기능성 천연물 화장품 원료 증가에 따른 방출제어 화장품 제형 개발에 대한 요구 증대

□ 기능성 색조화장품 원료 사용 세라믹 소재는 무기판상분체와 탄산칼슘, 일라이트 세라믹 미립자가 주류를 이루고 있으며, 기능성 부여를 위해 레시틴 기반 리포솜 제형에 기능성 원료를 봉입하여 미백, 주름 개선, 자외선 차단 등 기능별 제품화하는 연구 진행 중

□ 탄성과 인성의 조화를 위한 융·복합화 기술 활발 지지체가 과도하게 높은 탄성을 가져 자연 조직에 가해지는 하중을 차단할 때 발생하는 골밀도 감소를 예방하며, 세라믹 소재가 가진 취성을 보완하기 위해 천연 및 합성 고분자를 활용한 복합재료 제작 기술이 활발히 진행 중

□ 조직 재생 및 피부 적용 효율 증진을 위한 소재 융복합화가 광범위하게 진행 중임 흡수 속도의 조절을 위해 지지체가 골조직 재생속도와 같은 수준에서 용해되도록 인산칼슘염 중 서로 다른 용해도를 가진 소재를 조합한 융합형 세라믹 소재 개발 중

□ 국내의 생체 세라믹 소재 관련 연구는 주로 인공 골대체물, 임플란트 코팅제 개발 등 치과 분야에서 연구개발과산업화가 이루어지는 상황

□ 미래 부품․소재 산업의 트렌드 변화에 대응하고, 소재를 새로운 먹거리 산업으로 발전시키기 위한 소재 중심 미래 비전을 소재‧부품 미래 비전 2020 수립

(2) 주요 기술개발 동향

① 해외 기업

□ Swatch(스위스)

○ 새로운 바이오 세라믹 출시 스위스 워치메이커는 이 멋진 기술 융합제품으로 혁신의 한계를 계속해서 확장하고 있음

□ Kyocera(일본)

○ 자사 고유의 기술을 바탕으로 소재, 소자 및 장치의 개발과 판매를 전개해 있지만, 시장점유율에서는 기대에 미치지 못함. 따라서, 기술력을 가지고 세계적인 업체들의 분업화 파트너로서 사업에 참여하는 전략이 필요

□ Croda(영국)

○ ZnO 등의 무기 자외선 차단성분을 활용한 Solaveil 시리즈 등의 자외선 차단 원료를 개발. 미백, 주름 개선 등 고시 원료보다 과학적인 기술력 바탕으로 Duraquanch등과 같이 장기 피부 보습 증가 등 아이템을 꾸준히 개발 중

[ 해외의 대표적인 업체별 생산제품 ]

② 국내 기업

□ 시지바이오

○ 대체재료 기술력을 기반으로 성장성과 수익성을 갖춘 글로벌 재생의료 전문기업 목표로, 줄기세포(Stem Cell), 지지체(Scaffold), 성장인자(Growth Factor) 3요소에 대한 바이오 소재 기술 기반 혁신 의료기기 제품 연구개발 및 생산

□ 에이온

○ 세계 최초 인공치아 3D프린터 출시, 세라믹 프린팅 소재로 쓰는 3D프린터를 개발한 업체 전 세계에 3곳 중 한 곳

□ 셀루메드

○ 인도네시아 식약청(BPOM: Badan Pengawas obat Makanan)으로부터 고정형 무릎 인공관절의 품목허가를 취득

□ 메타바이오메드

○ 치아에 들어가는 치근관 충전재 분야 세계 1위 기업, 세계시장 22% 차지

○ 일정 기간이 지나면 인체에 흡수되는 수술용 실인 생분해성 봉합사를 세계 7번째로 개발하여 100여 개국 수출

□ 콜마

○ 나노 세라믹 리포솜 코팅 기술 이용하여 공동 개발한 변색 방지용 아이섀도 및 트윈케이크에 관한 연구 성과를 선보임

□ 씨큐브

○ 공동개발 중인 도시환경 유해인자(미세먼지, 자동차, 매연 등) 차단 화장품인 안티폴루션 화장품용 복합 기능성 소재를 비롯하여 효성과 C&K 프로팩과 공동개발 중인 슬리밍 효과를 내는 코스메틱 섬유에 관한 연구 성과 발표함

③ 국내 연구개발 기관

□ 대표 연구개발 기관

[ 지능형 물류‧배송 로봇 분야 연구개발 기관 ]

4. 특허 분석

□ 전략품목에 대한 특허동향 분석, 기술동향 분석, 주요 출원인 분석을 통해 아래와 같이 결과 확인

[ 특허 분석 결과 ]

□ 4개 평가지표(활동도, 부상도, 시장력, 영향력)에 따른 정량적 분석 결과는 아래와 같이 도출

[ 평가지표/ 정량적 분석 ]

*각 평가지표 값은 원 계산 값에 상대적 비교의 편의성을 위해 최고점 100점으로 환산한 값이며, 상대적 기술경쟁력은 각 평가지표의 가중치를 1:1로 반영하여 평균값을 도출한 것임

[ 주요 특허 선별지표 ]

5. 기술개발 로드맵

□ 전략품목에 대한 핵심기술 및 개발목표 등을 토대로 기술개발 로드맵 구축