생체용 금속소재 시장규모 및 현황

중소벤처기업부의 전략품목 자료집에 따르면 생체용 금속소재 기술개발은 “잃어버리거나 손상된 생체기능의 역할을 보완하기 위해 제작하는 인공 조작이나 생체에 삽입하는 기구를 만드는 금속재료에 대한 기술개발”로 정의하고 있다.

생체용 소재라는 단어가 어려워 보일 수 있지만, 임플란트나 고관절용 삽입구 등 주변에서 쉽게 볼 수 있는 일종의 의료용 소재라고 할 수 있다.

특히 금속재료의 경우에는 강도와 연성이 우수하여 인공관절, 임플란트 등 인체(생체)에서 치과용에는 물론이고 일반 정형외과 분야의 치료에서도 오래 전부터 사용되고 있다.

생체용으로 사용되는 금속재료로는 티타늄 및 티타늄 합금, 스테인리스강, 코발트 합금, 크롬 합금 등 여러 가지가 있다.

가장 많이 이용되는 것은 생체 적합성, 내식성, 강도 등의 성질이 우수한 티타늄 및 티타늄 합금과 스테인리스강으로 최근 이들을 개량한 생체용 새로운 합금이 많이 개발되고 있다.

1) 생체용 금속소재의 필요성

보건의료산업의 한 분야인 의료기기산업은 기술집약형 융합산업이고 기술발전에 따라 점차 복잡해지고 다양화되는 추세로 보인다.

고령화 사회의 확산, 정형외과 및 치과 질환 증가 등의 이유로 정형외과 및 치과용 임플란트는 점점 수요가 증가하여 관련 산업은 양호한 성장세를 보이고 있다.

특히 국내의 경우는 급격한 고령화로 인해 노화로 장기가 기능을 잃어가는 비율이 점차 늘어 관련 생체재료의 사용이 증가하고 있어 더욱 필요한 분야다.

최근 금속을 생체에 이식하기에는 생체 적합성과 심미성 등 고려할 부분이 많아져 고분자 소재와 세라믹을 기반으로 한 생체용 소재도 많이 개발되고 있다. 하지만 많은 의료 분야에서 세라믹만을 생체에 이식하기에는 내충격성, 연성 및 피로 강도 등의 문제가 있어, 아직 금속 합금이 생체용 소재로 가장 큰 비중을 차지하고 있다.

이와 같은 추세는 당분간 계속 될 것으로 보이는데, 비금속 재질의 생체재료에 비해 공급이나 안정성이 높기 때문에 금속 재질의 생체재료를 대체할 수는 없을 것이라는 게 전문가들의 의견이기도 하다.

산업적으로 보자면, 글로벌 생체용 금속소재 시장은 연평균 9% 이상의 성장률을 보이는 고성장 시장으로 발전 가능성이 매우 큰 시장이다. 특히 국내 의료기기 수출액도 매년 크게 증가하여 2022년 기준 약 10조 원을 수출하고 있어 수출 비중이 매우 높은 시장이라고 할 수 있다.

특히 국내 치과용 임플란트 기업들의 수출액은 2006년953.1만 달러에서 연평균 29.6% 성장해 2023년 7.8억 달러를 기록했다. 국내 임플란트 업체들은 중저가 브랜드에 대한 선호도가 높은 중국, 인도, 대만 등 아시아 신흥국에서 높은 시장 점유율을 보이고 있다.

2) 생체용 금속소재의 산업 현황

치과용 임플란트는 맞춤형 헬스케어 분야에 속하는 기술로 최소 침습적인 절차를 통해 턱뼈에 삽입하는 금속 또는 폴리머 기반 제품이다.

대부분의 치과용 임플란트는 생체에 적합한 티타늄 합금을 이용해 제조되고 있는데, 최근 세라믹의 심미성과 비부식성으로 인해 치과용 임플란트로 지르코늄의 채택이 증가하고 있다.

국내 임플란트 시장의 경우 보험 혜택 적용 연령층 확대 및 치아보험 가입자 수 증가에 따라 전체적으로 시장은 연평균 5%로 성장할 것으로 예상된다.

반면에 국내 시장의 경쟁 심화로 인한 장비, 재료 판매가 하락(해외 판매가 대비 20~30% 낮은 수준) 및 시장 포화 상태로 인해 국내 치과 장비 및 임플란트 업체는 해외 수출에 주력하고 있는 실정이다.

세계 정형외과용 임플란트 시장은 2022년부터 2027년까지 매년 4.2%씩 지속적으로 성장할 것으로 전망되는데, 정형외과용 임플란트 시장의 성장 원인은 고령화 인구 증가, 의료수준 향상, 주요 국가의 보건의료 지원정책 확대 등 다양한 긍정적 요소가 작용할 것으로 예상된다.

세계 정형외과용 임플란트 시장 중 인공관절 시장은 약 40%에 달하며 인공관절 시장에서 인공슬관절 시장 규모는 93억 달러(2019년 기준)로 인공고관절(77억 달러)보다 훨씬 크며 특히 우리나라는 인공슬관절 시장이 인공고관절 시장보다 두 배 이상 크다고 알려져 있다.

현재 3D 프린팅 의료기기는 주로 임플란트 같은 고부가가치형 의료 삽입물 의료기기 안전성과 치료 효과 검증에 매진하였으며 성공적인 임상 결과를 바탕으로 현재 많은 병원들이 3D 프린팅 의료 서비스 도입을 통한 시장 확대를 준비하고 있다.

최근 중앙대학교(서울) 병원은 ‘뇌지주막하 출혈’로 두개골 아래가 심하게 함몰된 60대 여성 환자에게 한국생산기술연구원이 최적의 두께와 강도로 제작한 티타늄 두개골을 활용해 이식수술에 성공하는 등, 국내에서도 금속 3D 프린팅을 이용한 생체기관에 대한 적용 사례가 증가하고 있다.

3) 생체용 금속소재의 시장규모 및 현황

해외 시장조사기관인 MMR(Maximize Market Research)에 따르면 글로벌 금속 임플란트 및 의료용 합금 시장은 2021년 약 25억 달러에서 연평균 약 9.8%로 성장하여 2027년 약 43억 9천만 달러에 이를 것으로 전망되고 있다.

시장 성장 동인으로는 크게 ①고령인구 비중 증가, ②신흥국 중심의 중산층 소비력 향상에 따른 치과 진료 수요 증가, ③임플란트/교정 시술이 가능한 의사 수 증가 등으로 판단된다.

중국 및 인도 등 신흥국 시장은 연평균 20% 이상 가파르게 성장하고 있는데, 이는 ①경제성장에 따른 중산층 소득 증가로 인한 치아 관리에 대한 수요증가, ②신규 치과 병원 및 의사 수의 증가에 기인하고 있다.

시장 조사 기관 Fortune Business Insights 자료에 의하면, 글로벌 치과용 임플란트 시장은 2022년 41.5억 달러에서 연평균 6.7% 성장해 2030년 69.5억 달러 규모를 기록할 것으로 전망된다.

치아는 신체 부위이기에 노화가 진행됨에 따라 결손 치아가 증가하는데, 급속한 고령화 추세로 인해 치아 상실 인구가 증가하고 있기 때문이다.

UN 자료에 의하면 전 세계적으로 고령화가 가속화되어 전 세계 65세 이상 인구 비율은 2022년 9.8%에서 2030년 11.7%, 2050년 16.4%로 상승할 것으로 전망되며, 이는 보철 치료에 대한 수요 증가를 의미한다.

연구개발특구진흥재단에 따르면, 생체용 금속소재의 대표적 전방산업인 국내 치과용 임플란트 시장은 2021년 약 7,800억 원에서 연평균 8.3%로 성장하여 2027년에는 약 1조 2,597억 원에 이를 것으로 전망된다.

국내 의료기기 수출실적 상위 품목 기준으로 볼 때 검사 시약이나 진단장치와 임플란트가 우위를 차지하고 있다.

고위험성 감염체 면역검사 시약 수출액은 약 3조 338억 원으로 1위를 차지하였으며 치과용 임플란트 고정체가 4,145억 원 이상으로 수출액 5위에 위치(치과용 임플란트의 2021년 생산 실적은 2020년 대비 45.7% 증가한 1조 9,966억 원)해 있다. 치과용 임플란트 상부 구조물은 수출 실적 9위를 차지했다.