이 연구는 Ti-6Al-4V 합금의 표면 특성과 생체적합성을 향상시키기 위하여 플라즈마 전해 산화(PEO)와 무선주파수 마그네트론 스퍼터링(RF-MS)을 통해 Ca, P, Zn가 도핑된 ZrO2/TiO2 코팅 층을 형성하였다. 공정은 합금 표면에 마이크로 스케일의 불규칙성을 만들기 위한 샌드블라스팅(SB)으로 시작하였고, 이어서 RF-MS와 PEO를 수행하였다. 코팅의 형태, 원소 조성, 상 조성 및 화학적 분석은 FE-SEM과 에너지 분산 분광법, X선 회절, X선 광전자 분광법, 라만 분석을 통해 평가하였다. 이중 표면 처리는 TiO2, ZnO, ZrO2 및 HA의 존재를 포함하는 복합 코팅의 형성과, 이방성의 다중 스케일 다공성 형태를 나타내었으며, SB 공정으로 인한 표면 텍스처링은 산화층 성장 동안 기계적 맞물림을 촉진하였다. SB-Zr+PEO-Zn 시료에서 상 분석 결과는 Ca2+ 이온의 도입으로 인해 PEO 코팅 층에서 t-ZrO2가 변형 유도에 의해 안정화된 것으로 나타났고, 또한 향상된 거칠기와 젖음성을 보이는 아연 치환 하이드록시아파타이트의 형성이 관찰되었다. 더불어 t-ZrO2에서 m-ZrO2로의 상 변태에 따른 변태 인성 부여(transformation toughening)로 인해 경도와 탄성률이 감소하였으며, 이는 피질골(cortical bone)과 유사한 수준이었다. 코팅 내에 존재하는 TiO2, ZrO2, ZnO 및 HA는 모두 부식 속도를 효과적으로 감소시키는 보호 장벽으로 작용한다. 생물학적 분석에서는 SB-Zr+PEO-Zn 시료에서 배양된 세포의 증식, 세포 부착, 골모세포 분화, ALP 활성 및 여러 골형성 관련 마커의 mRNA 발현을 촉진하는 등 더 우수한 생체적합성이 확인되었다. 이러한 결과는 높은 생체적합성과 골유착(osseointegration) 능력을 갖는 치과용 임플란트를 위한 PEO 코팅 시스템의 잠재력이 더 크다는 것을 보여주었다.

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