KR100871396B1 - 생체활성 아파타이트의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생체활성 아파타이트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동물의 뼈를 염소이온이 포함된 수용액 중에서 이온교환 후 열처리하여 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 수득하고, 상기 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 아파타이트에 대해 과포화된 용액에 침적시켜 표면의 염화아파타이트가 용해되며 방출된 칼슘과 수산화 이온에 의해 용액 중의 아파타이트에 대한 과포화도가 증가하여 저 결정성 탄산아파타이트가 수산화아파타이트 표면에 형성된 저 결정성 탄산/수산화 이중구조형 아파타이트를 수득하는 생체활성 아파타이트의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 생체활성 아파타이트에 관한 것이다.
본 발명에 따른 생체활성 아파타이트를 함유하는 골 이식 대체제는 인체 이식시 면역반응을 일으키지 않고, 골세포 부착 및 분화가 용이하고, 골 형성을 촉진하며, 인체 적합성이 향상되는 효과가 있다. 또한, 아파타이트에 대해 과포화된 용액에 침적시킬 경우, 나노 크기의 저 결정성 탄산아파타이트가 표면에 생성되어 비표면적이 증가되고, 각종 펩타이드, 단백질, 성장인자 등의 부착효율을 증가시켜 골 전도도를 획기적으로 향상시키는 효과가 있다.
생체활성, 수산화아파타이트, 염화아파타이트, 저 결정성 탄산아파타이트

Description

생체활성 아파타이트의 제조방법 {Method for Manufacturing Bioactive Apatite}
도 1은 본 발명에 따른 염화/수산화 이중구조형 아파타이트 분말의 주사전자현미경 사진을 나타낸 것이다 (a: ×100배 확대 사진 및 b: ×1,000배 확대 사진).
도 2는 본 발명에 따른 이온교환 공정으로 제조된 염화/수산화 이중구조형 아파타이트 분말의 박막 XRD 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 염화/수산화 이중구조형 아파타이트 분말을 의사체액 중에 시간별로 침적한 후의 주사전자현미경 사진을 나타낸 것이다 (a: 0시간, b: 3시간, c: 6시간 및 d: 7일, ×10,000배 확대 사진).
도 4는 본 발명에 따른 염화/수산화 이중구조형 아파타이트 분말을 의사체액 중에 7일간 침적한 전후의 박막 XRD 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 의사체액 중에 7일간 침적한 전후의 FT-IR 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 염화/수산화 이중구조형 아파타이트 분말을 의사체액 중에 침적시켰을 때 칼슘, 인, pH의 변화 및 이를 근거로 하여 계산한 이온화용해도 적의 값을 나타낸 것이다 (a: Ca, b: P, c: pH 및 d:IAP).
도 7은 본 발명에 따른 염화/수산화 이중구조형 아파타이트 입자 및 이를 의사체액 중에 침적시켰을 때 표면에서 형성되는 저 결정성 탄산아파타이트의 생성기전을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따라 이종골을 염화나트륨 수용액으로 처리 후 1000℃에서 3시간 동안 열처리한 염화/수산화 이중구조형 아파타이트의 주사전자현미경 사진을 나타낸 것이다 (×1,000배 확대 사진).
도 9는 본 발명에 따라 이종골을 염화나트륨 수용액으로 처리 후 1000℃에서 3시간 동안 열처리한 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 의사체액 중에 7일간 침적한 후의 주사전자현미경 사진을 나타낸 것이다 (×1,000배 확대 사진).
도 10은 본 발명에 따라 이종골을 차아염소산나트륨으로 처리 후 증류수를 이용하여 수차례 수세 과정을 거치고 1000℃에서 3시간 열처리한 분말의 주사전자현미경 사진을 나타낸 것이다 (×10,000배 확대 사진).
도 11은 본 발명에 따라 이종골을 차아염소산나트륨으로 처리 후 증류수를 이용하여 수차례 수세 과정을 거치고 1000℃에서 3시간 열처리한 분말을 의사체액 중에 7일간 침적한 후의 주사전자현미경 사진을 나타낸 것이다 (×10,000배 확대 사진).
도 12는 본 발명에 따라 제조된 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 증류수에 세척 전과 1시간 동안 세척 후의 박막 XRD 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명에 따라 제조된 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 증류수에 1시간 동안 침적시킨 후 완전히 건조시키고, 다시 의사체액 중에 7일간 침적 한 후의 주사전자현미경 사진을 나타낸 것이다 (×1,000배 확대 사진).
도 14는 본 발명에 따라 이종골을 수산화나트륨 수용액에 침적 후 1000℃에서 3시간 열처리한 후의 주사전자현미경 사진을 나타낸 것이다 (×100배 확대 사진).
도 15는 본 발명에 따라 이종골을 수산화나트륨 수용액에 침적 후 1000℃에서 3시간 열처리하고, 이를 의사체액 중에 7일간 침적한 후의 주사전자현미경 사진을 나타낸 것이다 (×10,000배 확대 사진).
발명의 분야
본 발명은 생체활성 아파타이트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동물의 뼈를 염소이온이 포함된 수용액 중에서 이온교환 후 열처리하여 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 수득하고, 상기 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 아파타이트에 대해 과포화된 용액에 침적시켜 표면의 염화아파타이트가 용해되며 방출된 칼슘과 수산화 이온에 의해 용액 중의 아파타이트에 대한 과포화도가 증가하여 저 결정성 탄산아파타이트가 수산화아파타이트 표면에 형성된 저 결정성 탄산/수산화 이중구조형 아파타이트를 수득하는 생체활성 아파타이트의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 생체활성 아파타이트에 관한 것이다.
발명의 배경
골 이식 대체제(Bone grafting substitute, BGS)란 여러 가지 치과질환 또는 외상, 질병에 의한 퇴화 또는 기타 조직의 손실로 인하여 뼈 조직의 결손부가 생긴 경우, 이를 대체하여 뼈 조직 내의 공간을 충진 시키고 신생골의 형성을 촉진시키기 위하여 사용하는 이식재를 말한다. 일반적으로 가장 좋은 이식물은 본인의 뼈 중 다른 부위를 떼어내어서 이식하는 자가골로 알려져 있으나, 이차적인 수술이 필요하고, 필요한 만큼의 양을 얻기가 힘들며, 일반 개인의원에서 시행하기가 힘들고, 환자의 통증 및 병적 상태가 심각해질 가능성이 있는 단점을 가지고 있다.
따라서 동종골이나 이종골, 혹은 뼈의 성분인 수산화아파타이트로 구성된 합성골 등 여러 가지 대체물을 이용하여 이식하는데 사용하여왔다. 상업적으로 사용되는 골 이식 대체제들은 분말, 겔, 슬러리/퍼티(putty), 정제, 칩, 모르슬(morsel) 및 펠렛, 스틱, 쉬트(sheet) 및 블록(block)과 같은 몇 가지 형태로 입수가 가능한 장점이 있으며, 균질성을 가지고, 감염 및 질병에 대한 위험이 적고, 이식을 위하여 환자의 뼈를 채취하는 데서 생기는 통증 및 병증이 없으며, 크기의 제한이 적은 장점이 있으나, 사람의 뼈가 가진 물리적 구조와는 많은 차이가 있어, 조직의 재생 속도가 느린 점 등의 여러 가지 단점을 가지고 있었다.
이러한 단점을 해결하고자 사람의 뼈와 비슷한 구조를 가진 동물의 뼈에 물리화학적인 처리를 가하여 유기물질을 제거하고, 뼈를 구성하는 무기성분만을 얻어내어 이를 치과나 정형외과적인 수술에 사용할 수 있게 제조하여 사용하고 있으며, 대표적인 상품으로 바이오메트리얼즈 가이스트리히 사의 바이오오스(Bio-Oss(R))를 들 수 있다.
상기 이종골을 제조하는 방법은 소과 동물의 대퇴부의 골을 80℃ 내지 120℃의 끓는점을 가지는 용매를 가하여 지방질을 제거한 후, 암모니아 또는 1차 아민을 가하여 단백질 및 유기질을 제거시켜 골 미네랄을 제조한 후, 이를 250~600℃의 고온에서 수 시간 동안 가열하여 건조시키는 단계로 구성되어 있다 (미국특허 5,167,961, 미국특허 5,417,975).
한편, 연골에 차아염소산나트륨을 처리하여 콜라겐 상을 선택적으로 제거하는 데 사용하여, 잔여 연골 구조를 관찰하기 위하여 사용한 예는 있으나(Broz, J. J et al., J. Mater. Sci. Mater. Med., 8:395, 1997), 골 미네랄 제조에서, 모든 단백질을 제거하는데 차아염소산나트륨을 사용한 예는 아직 보고된 바 없다.
이와 관련된 종래 기술로는 '생체 재료용 수산화아파타이트 과립의 제조방법'(한국특허 등록번호 10-0498759) 등이 있으며, 상기 특허는 수산화아파타이트 구형 분말을 수용액 내에서 제조하여 효율적이고, 골 결손부의 충진재 및 약물 담체, 임플란트 표면 처리제로 사용할 수 있으나, 생체활성이 발현되지 않고, 인체 적합성이 낮은 문제점이 있다. 또한, 본 출원인에 의해 출원된 10-2005-0021297호 골 이식 대체제의 제조방법은 소뼈를 차아염소산나트륨으로 처리 후 저온 열처리하여, 뼈에서 얻어지는 저 결정성 탄산아파타이트 상을 큰 물리/화학적 변화 없이 사용하는 방법이지만 이는 광우병을 일으키는 프라이온 프로테인을 화학적으로 불활 성화 시킨 것으로, 프라이온 프로테인이 이론상으로 900℃이상에서 열처리 시에만 완전히 불활성화된다는 점을 감안할 때 광우병의 위험성을 미약하게나마 내포하고 있다는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자들은 종래기술의 단점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 사람의 뼈와 그 구조가 유사한 동물의 뼈를 염소이온이 포함된 수용액에서 이온교환 시킨 후, 고온에서 열처리하여 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 형성시키고, 이를 체내에 임플란트 시, 표면의 염화아파타이트층이 용해되면서 염화아파타이트층의 하부에 존재하는 수산화아파타이트의 표면에 저 결정성 탄산아파타이트가 형성되게 하여 이를 매개로 골 전도성이 향상되게 하였다. 또한, 상기 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 체외에서 아파타이트에 대해 과포화된 용액에 침적시켜, 고 결정성 수산화아파타이트의 표면에 저 결정성 탄산아파타이트를 인공적으로 코팅하여 골 전도도가 향상되는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
결국, 본 발명의 주된 목적은 체내에 임플란트 시 염화아파타이트가 용해되면서 저 결정성 탄산 아파타이트가 스스로 수산화아파타이트 표면에 생성되는 능력을 갖는 생체활성 염화/수산화 이중구조형 아파타이트 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 생체활성 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 체외에서 아파타이트에 대해 과포화된 용액에 침적시켜 저 결정성 탄산 아파타이트가 수산화아파타이트 표면에 형성되게 함으로써 펩타이드와 단백질, 피브린, 골 형태 형성인자, 골 성장제 등의 부착이 용이한 저 결정성 탄산/수산화 이중구조형 아파타이트 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 혈액성분이 제거된 동물뼈를 탈 이온수에서 끓여 지방질과 단백질을 1차 제거하고, 건조시키는 단계; (b) 상기 건조된 뼈를 분쇄하고, 분쇄된 뼈를 휘발성 극성 유기용매에 침적시켜 진탕시킨 다음, 상기 유기용매를 제거하고 건조시키는 단계; (c) 상기 건조된 뼈를 염소이온이 포함된 수용액으로 처리하여 단백질을 제거함과 동시에 상기 뼈 표면으로부터 일정 두께까지의 탄산아파타이트 중에 존재하는 탄산이온을 염소이온으로 이온교환시키는 단계; 및 (d) 상기 이온교환 처리가 완료된 뼈를 900 ~ 1200℃에서 1 ~ 6시간 열처리하여 지질 및 단백질을 제거함과 동시에 수산화아파타이트 표면에 염화아파타이트층이 형성된 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 수득하는 단계를 포함하는 생체활성 염화/수산화 이중구조형 아파타이트의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, (a) 혈액성분이 제거된 동물뼈를 탈 이온수에서 끓여 지방질과 단백질을 1차 제거하고, 건조시키는 단계; (b) 상기 건조된 뼈를 분쇄하고, 분쇄된 뼈를 휘발성 극성 유기용매에 침적시켜 진탕시킨 다음, 상기 유기용매를 제거하고 건조시키는 단계; (c) 상기 건조된 뼈를 염소이온이 포함된 수용액으로 처리하여 단백질을 제거함과 동시에 상기 뼈 표면으로부터 일정 두께까지의 탄산아파 타이트 중에 존재하는 탄산이온을 염소이온으로 이온교환시키는 단계; (d) 상기 이온교환 처리가 완료된 뼈를 900 ~ 1200℃에서 1 ~ 6시간 열처리하여 지질 및 단백질을 제거함과 동시에 수산화아파타이트 표면에 염화아파타이트층이 형성된 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 수득하는 단계; 및 (e) 상기 수득된 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 아파타이트에 대해 과포화된 용액에 침적시켜 상기 염화/수산화 이중구조형 아파타이트 표면의 염화아파타이트층이 용해되고, 수산화아파타이트 표면에 저 결정성 탄산아파타이트 결정을 형성시켜 저 결정성 탄산/수산화 이중구조형 아파타이트를 수득하는 단계를 포함하는 저 결정성 탄산/수산화 이중구조형 아파타이트의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 유기용매는 클로로포름/메탄올 혼합용매인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 염소이온이 포함된 수용액은 차아염소산나트륨 수용액 또는 염화나트륨 수용액을 이용할 수 있으며, 상기 염소이온이 포함된 수용액의 농도는 30 ~ 80중량%인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 아파타이트에 대해 과포화된 용액은 아파타이트에 대하여 용해도 적(solubility product)이 5.5 × 10-118 ~ 10-90인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조되고, 그 내부가 수산화아파타이트이고, 상기 수산화아파타이트 표면에 염화아파타이트가 형성되어 있는 생체활성 염화/수 산화 이중구조형 아파타이트 및 그 내부가 수산화아파타이트이고, 상기 수산화아파타이트 표면에 저 결정성 탄산아파타이트가 형성되어 있는 저 결정성 탄산/수산화 이중구조형 아파타이트를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 생체활성 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 함유하는 골 이식 대체제 및 상기 저 결정성 탄산/수산화 이중구조형 아파타이트를 함유하는 골 이식 대체제를 제공한다.
본 발명에 있어서, 골 성장을 촉진하는 성장인자, 골 조직 형성 증진을 유도하는 펩타이드와 단백질, 피브린, 골 형태 형성인자, 골성장제, 화학요법제, 항생제, 진통제, 비스포스포네이트, 스트론툼염, 불소염, 마그네슘염 및 나트륨염으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 생물학적 활성물질을 첨가하여 제형된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 히알루론산(hyaluronic acid), 콘드로이틴 황산, 알긴산, 키토산, 콜라겐, 수산화인회석, 탄산칼슘, 인산칼슘, 황산칼슘 및 세라믹으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 화학적 화합물을 첨가하여 제형된 것을 특징으로 할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 양태는 생체활성 염화/수산화 이중구조형 아파타이트의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 생체활성 염화/수산화 이중구조형 아파타이트에 관한 것이다.
상기 생체활성 염화/수산화 이중구조형아파타이트를 제조하기 위하여 먼저, 혈액성분이 제거된 동물 뼈를 탈 이온수에서 끓여 지방질과 단백질을 1차 제거하고 건조시킨다. 상기 건조된 뼈를 휘발성 극성 유기용매에 침적시켜 진탕하고, 상기 유기용매를 제거하고 건조시킨다. 상기 유기용매는 클로로포름/메탄올 혼합용매를 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 뼈를 염소이온이 포함된 수용액에 1시간 동안 침적하여 상기 뼈 중 잔존하는 단백질을 제거하고, 뼈에 존재하는 탄산아파타이트의 탄산이온을 염소이온으로 1차 이온교환시킨다. 상기 염소이온이 포함된 수용액은 염소이온을 함유하는 모든 무기염을 물에 용해시켜 제조할 수 있으며, 차아염소산나트륨 수용액 또는 염화나트륨 수용액을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 염소이온이 포함된 수용액의 농도는 30 ~ 80중량%인 것이 바람직하다. 상기 염소이온이 포함된 수용액이 30중량%이하일 경우, 단백질 제거효율이 떨어지고, 80중량%이상인 경우 수득률이 낮아진다. 상기 과정을 수회 거친 다음, 12시간 동안 이온교환시켜 뼈 표면으로부터 일정 두께까지 사이에 존재하는 탄산아파타이트 중의 탄산이온을 염소이온으로 완전히 치환시키고, 상온에서 건조시킨다. 이때, 뼈 표면에서부터 탄산이온이 염소이온으로 교환된 층의 두께는 100㎛이내인 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 이온교환 처리가 완료된 뼈를 900 ~ 1200℃에서 1 ~ 6시간 열처리하여 지질 및 단백질을 완전히 제거하고, 수산화아파타이트 표면에 일정한 두께의 염화아파타이트층이 형성된 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 수득한다. 상기 염화/수산화 이중구조형 아파타이트의 형태는 분말, 정제, 칩, 모르슬(morsel), 펠렛, 스틱, 쉬트(sheet), 블 록(block) 및 스캐폴드로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 저 결정성 탄산/수산화 이중구조형 아파타이트의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 저 결정성 탄산/수산화 이중구조형 아파타이트에 관한 것이다.
상기 저 결정성 탄산/수산화 이중구조형 아파타이트를 제조하기 위하여 먼저, 혈액성분이 제거된 동물 뼈를 탈 이온수에서 끓여 지방질과 단백질을 1차 제거하고 건조시킨다. 상기 건조된 뼈를 휘발성 극성 유기용매에 침적시켜 진탕하고, 상기 유기용매를 제거하고 건조시킨다. 상기 유기용매는 클로로포름/메탄올 혼합용매를 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 뼈를 염소이온이 포함된 수용액에 1시간 동안 침적하여 상기 뼈 중 잔존하는 단백질을 제거하고, 탄산아파타이트의 탄산이온을 염소이온으로 1차 이온교환시킨다. 상기 염소이온이 포함된 수용액은 염소이온을 함유하는 모든 무기염을 물에 용해시켜 제조할 수 있으며, 차아염소산나트륨 수용액 또는 염화나트륨 수용액을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 염소이온이 포함된 수용액의 농도는 30 ~ 80중량%인 것이 바람직하다. 상기 염소이온이 포함된 수용액이 30중량%이하일 경우, 단백질 제거효율이 떨어지고, 80중량%이상인 경우 수득률이 낮아진다. 상기 과정을 수회 거친 다음, 12시간 동안 이온교환시켜 뼈 표면으로부터 일정 두께까지 사이에 존재하는 탄산아파타이트 중의 탄산이온을 염소이온으로 완전히 치환시키고, 상온에서 건조시킨다. 이때, 뼈 표면에서부터 탄산이온이 염소이온으로 교환된 층의 두 께는 100㎛이내인 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 이온교환 처리가 완료된 뼈를 900 ~ 1200℃에서 1 ~ 6시간 열처리하여 지질 및 단백질을 완전히 제거하고, 수산화아파타이트 표면에 일정한 두께의 염화아파타이트층이 형성된 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 수득한다. 상기 염화/수산화 이중구조형 아파타이트의 형태는 분말, 정제, 칩, 모르슬(morsel), 펠렛, 스틱, 쉬트(sheet), 블록(block) 및 스캐폴드로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 열처리가 완료된 뼈를 아파타이트에 대해 과포화된 용액에 침적시키면 상기 염화/수산화 이중구조형 아파타이트 표면의 염화아파타이트층이 용해되면서 칼슘과 수산화 이온이 용출되고, 이로 인해 수용액 중의 아파타이트에 대한 이온화용해도 적이 증가되어 수산화아파타이트 표면에 저 결정성 탄산아파타이트 결정이 형성되어 저 결정성 탄산/수산화 이중구조형 아파타이트가 수득된다.
본 발명의 또 다른 양태는 생체활성 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 함유하는 골 이식 대체제 및 저 결정성 탄산/수산화 이중구조형 아파타이트를 함유하는 골 이식 대체제에 관한 것이다.
골 이식 대체용 조성물은 통상적으로, "골 이식 대체제(bone grafting substitute)"라는 용어로 사용되며, 골 조직 내의 공간을 충진하기 위한 물질이다. 골 이식 대체제는 압착, 압축, 가압접촉, 패킹, 압박, 굳힘 등의 방법을 사용하여, 퍼티, 페이스트, 주형 가능한 스트립, 블록, 칩 등의 형태로 성형하여 사용할 수 있고, 화학적 첨가물을 이용하여 겔, 분말, 페이스트, 정제, 펠렛 등의 형태로 제 형 하여 사용할 수 있으며, 분말 형태 그대로 사용하는 것도 가능하다.
상기와 같이 골 이식 대체제를 제형하여 사용할 경우에는 생물학적 활성물질을 첨가하여 사용하는 것이 바람직하며, 상기 생물학적 활성물질로 골 성장을 촉진하는 성장인자, 골 조직 형성 증진을 유도하는 펩타이드와 단백질, 피브린, 골 형태 형성인자, 골 성장제, 화학요법제, 항생제, 진통제, 비스포스포네이트, 스트론툼염, 불소염, 마그네슘염 및 나트륨염 등을 사용할 수 있다.
상기 성장인자로는 BMP(bone morphogenic protein), PDGF(Platelet-derived growth factor), TGF-beta(Transgenic growth factor), IGF-I(Insulin-like growth factor), IGF-II, FGF(Fibroblast growth factor) 및 BGDF-II(beta-2-microglobulin) 등을 사용할 수 있다. 상기 골 조직 형성 증진 펩타이드와 단백질로는 RGD sequence를 포함하는 각종 펩타이드와 콜라겐 및 피브로노젠과 같은 각종 단백질 등을 사용할 수 있다. 상기 골 형태 형성인자로는 오스테오칼신(osteocalcin), 본사이알로프로테인(bonesialo protein), 오스테오제닌(osteogenin), BMP 등을 사용할 수 있다. 상기 골 성장제는 인체에 무해하고 골 성장을 촉진하는 물질이라면 제한 없이 사용이 가능하며, 골 형성을 증진시키는 핵산, 골 형성을 억제하는 물질의 길항제 등을 사용할 수 있다.
본 발명에서 골 이식 대체제를 제형하는데 사용되는 화학적 첨가물은 히알루론산(hyaluronic acid), 콘드로이틴 황산, 알긴산, 키토산, 콜라겐, 수산화인회석, 탄산칼슘, 인산칼슘, 황산칼슘, 세라믹 등이 있으며, 상기 첨가물의 종류에 따라 겔, 스트립, 분말, 칩, 펠렛, 정제, 페이스트 등의 형태로 제형이 가능하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1: 본 발명에 따른 차아염소산나트륨 수용액을 이용한 저 결정성 탄산/수산화 이중구조형 아파타이트 분말의 제조방법
[전 처리 공정]
동물의 대퇴골 부위에서 취득한 뼈를 골 절단기를 이용하여 약 5cm3 크기로 절단하였다. 상기 절단된 뼈 조각을 탈 이온수에서 24시간 동안 침적하여 뼈에 존재하는 혈액 성분을 제거하였다. 상기 탈 이온수로 세척된 뼈 조각을 12시간마다 탈 이온수를 교환하며 72시간 동안 끓여, 뼈에 존재하는 지방질과 단백질을 1차적으로 제거하였다. 상기 1차적으로 지방질과 단백질이 제거된 뼈 조각을 60℃의 오븐에서 24시간 동안 완전히 건조시킨 후 분쇄기를 이용하여 1.5 mm 이하의 크기가 되도록 분쇄하였다.
[탈지 처리 공정]
분쇄된 뼈 분말 1g당 20ml의 클로로포름과 메탄올이 1:1 부피비로 혼합된 용 매를 첨가하고, 120rpm의 회전 속도로 24시간 동안 진탕하여 탈지 처리를 수행하였다. 탈지 처리가 완료된 뼈 분말 중 잔존하는 용매를 제거하기 위하여 뼈 분말 1g 당 50g의 비율로 탈 이온수를 첨가한 후 120rpm으로 12시간 동안 진탕하여 분말에 잔존하는 용매를 제거하였으며, 매 2시간 마다 새로운 탈 이온수로 교환하여 수세효율을 높였다. 수세가 완료된 뼈 분말은 60℃의 오븐에서 완전히 건조시켰다.
[이온교환 공정]
차아염소산나트륨 수용액 100g 중에 탈지 처리가 완료된 건조 뼈 분말 40g을 혼합하고, 120rpm의 회전속도로 1시간 동안 진탕하여 뼈 분말 중에 존재하는 단백질을 제거함과 동시에 뼈 중에 존재하는 탄산아파타이트의 탄산이온을 염소이온으로 1차 이온교환 시켰다. 그 후 동일한 과정을 한 번 더 거친 후 마지막으로 같은 조건에서 12시간 이온교환시켜 분말의 표면으로부터 일정 두께까지의 탄산아파타이트 중에 존재하는 탄산이온을 염소이온으로 완전히 치환시키고 상온에서 완전히 건조시켰다.
[열처리 공정]
이온교환 처리가 완료된 분말을 전기로에서 분당 2℃로 승온하여 1000℃ 이상에서 3시간 동안 열처리하고 노냉 과정을 거쳐 분말 중 잔존하는 지질과 단백질을 완전히 제거하고, 수산화아파타이트 표면에 염화아파타이트층이 형성된 염화/수산화 이중구조형 아파타이트 분말을 제조하였다.
[체가름 공정]
열처리가 완료된 분말은 212 ~ 1000㎛ 크기의 체를 사용하여 체가름하고, 212 ~ 1000㎛ 크기 안에 들어오는 것만을 사용한다.
[저 결정성 탄산아파타이트 코팅 공정]
체가름이 완료된 염화/수산화 이중구조형 아파타이트 분말을 의사체액 (Kokubo T, Kushitani H, Sakka S, Kitsugi T, Yamamuro T. Solutions able to reproduce in vivo surface-structure changes in bioactive glass-ceramic A-W. J Biomed Mater Res 1990;24(6):721-34) 즉, 아파타이트에 대한 이온화용해도 적(ionic activity product)이 10-95인 용액에 침적하여 염화아파타이트층이 용해되면서 칼슘과 수산화 이온이 방출되고, 아파타이트에 대한 이온화용해도 적이 증가, 수산화아파타이트 분말 표면에 저 결정성 탄산아파타이트층이 형성되어 저 결정성 탄산/수산화 이중구조형 아파타이트를 수득하게 되었다.
상기 이온교환 공정을 통해 제조한 염화/수산화 이중구조형 아파타이트 분말을 주사전자현미경을 통해 분석한 결과, 아파타이트 입자의 비정상 입성장이 발생하여 50 ㎛ 이상 크기의 육각 기둥형 입자가 발달한 것이 관찰되었다 (도 1).
또한, 이온교환 공정을 통해 제조한 염화/수산화 이중구조형 아파타이트 분말의 표면층을 박막 XRD로 분석한 결과, 상기 분말의 표면은 대부분 염화아파타이 트 상으로 이루어져 있고, 일부 수산화아파타이트 상으로 이루어진 것이 확인되었다 (도 2).
상기 염화/수산화 이중구조형 아파타이트 분말을 의사체액에 침적시키고, 침적 시간에 따라 주사전자현미경을 통해 분석한 결과, 염화/수산화 이중구조형 아파타이트분말 중 존재하는 입자들은 침적 전에는 매끈한 표면을 가지고 있고(도 3a), 침적 시간이 경과함에 따라 표면층이 용해되어 요철형이 되며(도 3b), 시간이 더 경과한 후에는 그 표면층에 작은 엽상(葉狀)형 결정들이 생성되기 시작하고(도 3c), 침적 7일째에는 모든 입자들의 표면에 나노미터 크기의 작은 아파타이트 입자들로 뒤덮이게 되었다 (도 3d).
의사체액 중에 염화/수산화 이중구조형 아파타이트 분말의 침적 전, 후를 박막 XRD를 이용하여 측정한 결과, 침적 전 표면의 염화아파타이트 상은 침적 후 수산화아파타이트 상으로 변환된 것이 관찰되는데, 표면에 새로이 생성된 작은 입자들이 수산화아파타이트임을 알 수 있다 (도 4).
상기 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 의사체액 중에 7일간 침적한 전후 FT-IR를 측정한 결과, 침적 전에는 탄산기가 검출되지 않는 염화아파타이트였고, 침적 후에는 탄산기가 검출되어 탄산아파타이트가 생성된 것을 알 수 있다 (도 5).
도 4의 박막 XRD 결과와 도 5의 FT-IR 결과를 종합하여 볼 때, 의사체액 중에 형성된 작은 입자들은 사람의 뼈와 화학적, 물리적으로 유사한 성질을 갖는 저 결정성 탄산아파타이트 상임을 확인할 수 있었다.
상기 염화/수산화 이중구조형 아파타이트 분말을 의사체액 중에 침적시켰을 때, 의사체액 중에 존재하는 칼슘과 인의 양을 ICP-AES를 사용하여 시간별로 분석한 결과는 도 6a 및 도 6b에 도시하였으며, 도 6c는 pH값을 측정한 결과이고, 도 6d는 이들 데이터를 근거로 하여 의사체액 중의 아파타이트에 대한 이온화용해도 적을 계산한 결과이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 염화/수산화 이중구조형 아파타이트가 의사체액 중에 침적되면 표면의 염화아파타이트층이 용해되어 칼슘과 수산화 이온이 용출되고, 인은 용해되지 않는 것을 알 수 있으며, 상기 칼슘과 수산화 이온의 용출에 의해 아파타이트에 대한 이온화용해도 적이 증가하여 표면에 저 결정성 탄산아파타이트가 형성되는 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 염화/수산화 이중구조형 아파타이트 입자 및 이를 의사체액 중에 침적시켰을 때 표면에서 형성되는 저 결정성 탄산아파타이트의 모식도를 나타낸 것으로, (a)는 탈지된 동물의 뼈 중에 존재하는 탄산아파타이트(CO3Ap)를 차아염소산나트륨으로 처리하여 이온교환하고 고온 열처리 과정을 거치면, (b)와 같이 수산화아파타이트(HAp) 표면에 염화아파타이트(ClAp)가 형성된다. 다음, 이를 다시 아파타이트에 대해 과포화된 용액 속에 침적하면 (c)와 같이 표면의 염화아파타이트층이 용해되면서 칼슘과 수산화 이온이 방출되고, (d)와 같이 수용액 중에 존재하는 칼슘, 인 및 탄산이온들이 합쳐져서 수산화아파타이트(HAp) 표면에 새로운 저 결정성 탄산아파타이트(CO3Ap)를 형성된다.
실시예 2: 염화나트륨 수용액을 이용한 저 결정성 탄산/수산화 이중구조형 아파타이트 분말의 제조방법
실시예 1의 공정과 동일하나, 차아염소산나트륨 수용액을 염화나트륨 수용액으로 대체하여 공정을 수행하였다. 상기 염화나트륨 수용액의 농도는 물 100g당 염화나트륨 10g을 첨가하여 완전히 용해시켰으며, 탈지처리 후 수세공정이 완료된 뼈 분말 20g을 염화나트륨 혼합 수용액에 첨가한 후 120 rpm의 속도로 혼합하며 12시간 동안 이온교환 시킨 다음, 1000℃에서 열처리하여 염소이온을 아파타이트 구조 내에서 안정적으로 고정시켰다.
염화나트륨 혼합 수용액으로 처리 후 1000℃에서 열처리한 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 주사전자현미경을 통해 분석한 결과, 염소이온의 공급원으로서 차아염소산나트륨을 사용하였을 때와 마찬가지로 아파타이트 입자는 비정상 입성장이 일어나서 50㎛이상의 크기를 갖고 있음이 관찰되었다 (도 8).
상기 염화나트륨 수용액으로 처리하고 1000℃에서 열처리를 마친 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 의사체액 중에 7일간 침적한 후의 주사전자현미경을 통해 분석한 결과, 염화/수산화 이중구조형 아파타이트 표면에는 저 결정성 탄산아파타이트 결정이 생성됨을 확인할 수 있었다 (도 9).
비교예 1: 차아염소산나트륨 처리 후 수세공정을 거쳐 차아염소산나트륨 성분을 완전히 제거하고 열처리하여 제조한 수산화아파타이트 분말
[전 처리 공정]
동물의 대퇴골 부위에서 취득한 뼈를 골 절단기를 이용하여 약 5cm3 크기로 절단하였다. 상기 절단된 뼈 조각을 탈 이온수에서 24시간 동안 침적하여 뼈에 존재하는 혈액 성분을 제거하였다. 상기 탈 이온수로 세척된 뼈 조각을 12시간마다 탈 이온수를 교환하며 72시간 동안 끓여, 뼈에 존재하는 지방질과 단백질을 1차적으로 제거하였다. 상기 1차적으로 지방질과 단백질이 제거된 뼈 조각을 60℃의 오븐에서 24시간 동안 완전히 건조시킨 후 분쇄기를 이용하여 1.5 mm 이하의 크기가 되도록 분쇄하였다.
[탈지 처리 공정]
분쇄된 뼈 분말 1g당 20ml의 클로로포름과 메탄올이 1:1 부피비로 혼합된 용매를 첨가하고, 120rpm의 회전 속도로 24시간 동안 진탕하여 탈지 처리를 수행하였다. 탈지 처리가 완료된 뼈 분말 중 잔존하는 용매를 제거하기 위하여 뼈 분말 1g 당 50g의 비율로 탈 이온수를 첨가한 후 120rpm으로 12시간 동안 진탕하여 분말에 잔존하는 용매를 제거하였다. 이때, 매 2시간 마다 새로운 탈 이온수로 교환하여 수세효율을 높였다. 수세가 완료된 뼈 분말은 60℃의 오븐에서 완전히 건조시켰다.
[이온교환 공정]
차아염소산나트륨 수용액 100g 중에 탈지 처리가 완료된 건조 뼈 분말 40g을 혼합하고, 120rpm의 회전속도로 1시간 동안 진탕하여 뼈 분말 중에 존재하는 단백 질을 제거하고, 탄산아파타이트의 탄산이온을 염소이온으로 1차 이온교환시켰다. 그 후 동일한 과정을 한 번 더 거친 후 같은 조건에서 12시간 이온교환시켜 분말의 표면으로부터 일정 두께까지의 탄산아파타이트 중에 존재하는 탄산이온을 염소이온으로 완전히 치환시켰다. 다음, 표면에 존재하는 차아염소산나트륨 성분을 제거하기 위하여 뼈 분말 1g 당 50g의 탈이온수를 첨가하고 120rpm에서 72시간 동안 진탕하여 잔존하는 차아염소산나트륨을 제거하였으며, 처음 12시간 동안은 매 2시간 마다 새로운 탈이온수로 교환하여 주었으며, 그 후에는 매 12시간 마다 새로운 탈이온수로 교환하였다. 수세가 완료된 뼈 분말은 60℃의 오븐에서 완전히 건조시켰다.
[열처리 공정]
탈지와 탈단백 처리가 완료된 건조 뼈 분말을 분당 2℃로 승온하여 1000℃에서 3시간 동안 열처리하였다.
상기 공정과 같이, 차아염소산나트륨 처리 후 직접 열처리하지 않고 이를 수세하여 제거한 다음 열처리한 것을 주사전자현미경을 통해 분석한 결과, 도 1에서 나타난 육각 기둥형 입자들은 발견되지 않고, 약 1㎛크기의 각진 입자들만이 관찰되었다 (도 10).
도 10에 도시된 수산화아파타이트 과립을 의사체액 중에 1주일간 침적한 다음 주사전자현미경을 통해 분석한 결과, 저 결정성 탄산아파타이트 결정은 전혀 생성되지 않은 것을 알 수 있다 (도 11).
비교예 2: 염화아파타이트에 의한 저 결정성 탄산아파타이트의 생성 확인실험 1
실시예 1에서 제조한 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 탈 이온수에 수세하여 염화아파타이트층을 용해시킨 다음, 의사체액에 침적시킨 경우에도 저 결정성 탄산아파타이트가 생성되는지 확인하였다.
염화/수산화 이중구조형 아파타이트의 세척 전과 탈 이온수에서 1시간 동안 세척한 후 박막 XRD로 측정한 결과, 1시간 동안 탈 이온수에서 세척한 후에는 염화아파타이트 상은 전혀 발견되지 않고, 순수한 수산화아파타이트 상만이 관찰되었다. 따라서 상기 방법으로 제조된 염화/수산화 이중구조형 아파타이트는 표면층만 염화아파타이트이고 내부는 수산화아파타이트로 이루어진 이중 구조를 가지고 있다는 것을 알 수 있다 (도 12).
염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 증류수에 1시간 동안 침적시킨 후 완전히 건조시키고, 다시 의사체액 중에 7일간 침적한 후, 주사전자현미경을 통해 관측한 결과 표면에 저 결정성 탄산아파타이트가 전혀 생성되지 않았다. 이로부터 저 결정성 탄산아파타이트의 생성능은 염화아파타이트층의 용해로부터 발생하는 것을 알 수 있다 (도 13).
비교예 3: 염화아파타이트에 의한 저 결정성 탄산아파타이트의 생성 확인실험 2
나트륨 이온이 포함되어 있으나 염소이온이 포함되지 않은 염을 이용하여 실시예 1과 같이 처리하였을 때 아파타이트에 대해 과포화된 용액에 침적하여도 저 결정성 탄산아파타이트가 생성되지 않음을 증명하기 위하여 비교예 3 실험을 수행하였다. 물 100g 중에 수산화나트륨 (NaOH) 10g을 용해시킨 후 뼈 분말 20g을 첨가하여 실시예 1의 공정으로 처리하고 1000℃에서 3시간 동안 열처리하였을 때 미세조직은 도 14와 같이 비정상 입성장이 발생하지 않았으며, 이를 의사체액 중에 7일간 침적시킨 후의 미세조직에서도 저 결정성 탄산아파타이트가 전혀 생성되지 않았다 (도 15).
도 14 및 도 15에 도시한 바와 같이, 비교예 3에서는 염화아파타이트가 생성되지 않을 뿐만 아니라 아파타이트에 대해 과포화된 용액 중에서도 저 결정성 탄산아파타이트가 생성되지 않는 것을 알 수 있다.
시험예 1: 비표면적 및 펩타이드 흡착효율 평가
본 발명에 따른 저 결정성 탄산/수산화 이중구조형 아파타이트 분말과 순수한 수산화아파타이트 및 저 결정성 탄산아파타이트만으로 이루어진 이종골 (한국 등록특허 10-0635385호)을 BET 시험기를 이용하여 비표면적을 측정하였고, 플루로싸이토미터(flurocytometer)를 이용하여 RGD 펩타이드의 흡착량을 측정 비교하였다. 측정 결과는 하기 표 1에 도시한 바와 같다.
비표면적 및 RGD 펩타이드 흡착량 측정결과
　 비표면적 RGD 펩타이드 흡착량
실시예 1 대 대
실시예 2 대 대
비교예 1 소 소
비교예 2 소 소
비교예 3 소 소
저 결정성 탄산아파타이트 이종골 (등록특허 10-0635385) 중 중
RGD 펩타이드의 정량은 RGD 펩타이드에 형광물질을 붙이고 이를 PBS 용액 중에서 아파타이트 표면 위에 24시간 동안 비특이적으로 흡착을 시킨 다음, 이를 소니케이터를 이용하여 분리하고, PBS 용액 상층액의 일정량을 취하여 형광분석기인 플루로싸이토미터 (flurocytometer)를 사용하여 정량하였다.
그 결과, 본 발명에 따른 저 결정성 탄산/수산화 이중구조형 아파타이트 분말은 순수한 수산화아파타이트 및 저 결정성 탄산아파타이트만으로 이루어진 이종골에 비해 비표면적이 증가되고, 이에 펩타이드의 흡착효율이 증가됨을 알 수 있었다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 동물의 뼈를 차아염소산나트륨 수용액 또는 염화나트륨 수용액과 같이 염소이온이 포함된 수용액에서 이온교환시킨 후 고온 열처리 과정을 거치면 수산화아파타이트 표면에 염화아파타이트층이 형성된 염화/수산화 이중구조형 아파타이트가 수득된다. 이를 아파타이트에 대해 과포화된 용액 즉, 의사체액에 침적시키면 표면의 염화아파타이트층이 용해되며 칼슘과 수산화 이온이 용출되고, 이에 아파타이트에 대한 이온화용해도 적이 증가하여 수산화아파타이트 표면에 저 결정성 탄산아파타이트가 형성된 저 결정성 탄산/수산화 이중구조형 아파타이트를 수득할 수 있다.
그러나 차아염소산나트륨 처리 후 직접 열처리하지 않고 수세한 다음 열처리 하는 경우, 의사체액 중에서 저 결정성 탄산아파타이트가 생성되지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 증류수에 세척한 후에는 표면의 염화아파타이트 상은 모두 용해되어 전혀 발견되지 않고, 순수한 수산화아파타이트 상만이 관찰되었으며 이를 의사체액에 재침적하는 경우, 저 결정성 탄산아파타이트는 역시 생성되지 않았다. 이로부터 저 결정성 탄산아파타이트의 생성은 염화아파타이트층의 용해로부터 발생되는 것을 알 수 있다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 골 조직 재생을 유도하는 펩타이드 및 단백질의 흡착을 용이하게 하고, 골 전도성을 증가시키며, 인체 적합성을 향상시키는 생체활성 아파타이트 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다. 본 발명은 사람의 뼈와 그 구조와 성분이 유사한 동물의 뼈 중에 존재하는 탄산아파타이 트의 탄산이온을 염소이온이 포함된 수용액에서 염소이온과 이온교환시킨 후 고온에서 열처리하여 인체에 유해한 지방질과 유기질을 효과적으로 제거함으로써 광우병의 위험성이 완전히 제거된 생체활성 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 형성시킨다. 저 결정성 탄산아파타이트 코팅 없이 상기 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 직접 체내에 이식 시에도 혈액 중에서 염화아파타이트층이 용해되며 아파타이트에 대한 과포화도가 증가하여 수산화아파타이트 표면에 저 결정성 탄산아파타이트가 형성되어 골 전도도가 향상되는 효과가 있다. 또한, 상기 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 아파타이트에 대해 과포화된 용액에 침적시키면 골 전도도가 우수한 나노 크기의 저 결정성 탄산아파타이트 입자들이 코팅되어 골 조직 형성 증진이 유도되며, 저 결정성 탄산아파타이트층을 통하여 골 조직 재생을 적극적으로 유도하는 각종 펩타이드 및 단백질의 부착 효율을 증가시키고 골 전도도를 향상시키는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 다음의 단계를 포함하는 생체활성 염화/수산화 이중구조형 아파타이트의 제조방법:
    (a) 혈액성분이 제거된 동물뼈를 탈 이온수에서 끓여 지방질과 단백질을 1차 제거하고, 건조시키는 단계;
    (b) 상기 건조된 뼈를 분쇄하고, 분쇄된 뼈를 휘발성 극성 유기용매에 침적시켜 진탕시킨 다음, 상기 유기용매를 제거하고 건조시키는 단계;
    (c) 상기 건조된 뼈를 30~80중량% 농도의 염소이온이 포함된 차아염소산나트륨 수용액 또는 30~80중량% 농도의 염소이온이 포함된 염화나트륨 수용액으로 처리하여 단백질을 제거함과 동시에 상기 뼈 표면으로부터 일정 두께까지의 탄산아파타이트 중에 존재하는 탄산이온을 염소이온으로 이온교환시키는 단계; 및
    (d) 상기 이온교환 처리가 완료된 뼈를 900 ~ 1200℃에서 1 ~ 6시간 열처리하여 지질 및 단백질을 제거함과 동시에 수산화아파타이트 표면에 염화아파타이트층이 형성된 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 수득하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기용매는 클로로포름/메탄올 혼합용매인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항의 방법으로 제조되고, 그 내부가 수산화아파타이트이고, 상기 수산화아파타이트 표면에 염화아파타이트가 형성되어 있는 생체활성 염화/수산화 이중구조형 아파타이트.
  5. 제4항의 생체활성 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 함유하는 골 이식 대체제.
  6. 제5항에 있어서, 상기 생체활성 염화/수산화 이중구조형 아파타이트에 골 성장을 촉진하는 성장인자, 골 조직 형성 증진을 유도하는 펩타이드와 단백질, 피브린, 골 형태 형성인자, 골성장제, 화학요법제, 항생제, 진통제, 비스포스포네이트, 스트론툼염, 불소염, 마그네슘염 및 나트륨 염으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 생물학적 활성물질을 첨가하여 제형된 것을 특징으로 하는 골 이식 대체제.
  7. 제5항에 있어서, 상기 생체활성 염화/수산화 이중구조형 아파타이트에 히알루론산(hyaluronic acid), 콘드로이틴 황산, 알긴산, 키토산, 콜라겐, 수산화인회석, 탄산칼슘, 인산칼슘, 황산칼슘 및 세라믹으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 화학적 화합물을 첨가하여 제형된 것을 특징으로 하는 골 이식 대체제.
  8. 다음의 단계를 포함하는 저 결정성 탄산/수산화 이중구조형 아파타이트의 제조방법:
    (a) 혈액성분이 제거된 동물뼈를 탈 이온수에서 끓여 지방질과 단백질을 1차 제거하고, 건조시키는 단계;
    (b) 상기 건조된 뼈를 분쇄하고, 분쇄된 뼈를 휘발성 극성 유기용매에 침적시켜 진탕시킨 다음, 상기 유기용매를 제거하고 건조시키는 단계;
    (c) 상기 건조된 뼈를 염소이온이 포함된 수용액으로 처리하여 단백질을 제거함과 동시에 상기 뼈 표면으로부터 일정 두께까지의 탄산아파타이트 중에 존재하는 탄산이온을 염소이온으로 이온교환시키는 단계;
    (d) 상기 이온교환 처리가 완료된 뼈를 900 ~ 1200℃에서 1 ~ 6시간 열처리하여 지질 및 단백질을 제거함과 동시에 수산화아파타이트 표면에 염화아파타이트층이 형성된 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 수득하는 단계; 및
    (e) 상기 수득된 염화/수산화 이중구조형 아파타이트를 아파타이트에 대해 과포화된 용액에 침적시켜 상기 염화/수산화 이중구조형 아파타이트 표면의 염화아파타이트층이 용해되고, 수산화아파타이트 표면에 저 결정성 탄산아파타이트 결정을 형성시켜 저 결정성 탄산/수산화 이중구조형 아파타이트를 수득하는 단계.
  9. 제8항에 있어서, 상기 유기용매는 클로로포름/메탄올 혼합용매인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 염소이온이 포함된 수용액은 차아염소산나트륨 수용액 또는 염화나트륨 수용액을 이용할 수 있으며, 상기 염소이온이 포함된 수용액의 농도는 30 ~ 80중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 아파타이트에 대해 과포화된 용액은 아파타이트에 대하여 용해도 적(solubility product)이 5.5 × 10-118 ~ 10-90인 것을 특징으로 하는 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101848289B1 (ko) 2016-05-20 2018-04-12 디엠씨휴먼사이언스 주식회사 동물 유래 조직을 이용한 천연 하이드록시 아파타이트 골 이식재 제조 방법

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101123014B1 (ko) * 2009-11-26 2012-03-16 서울대학교산학협력단 칼슘염이 포함된 고분자 전달체를 이용한 저 결정성 탄산 아파타이트의 코팅 방법
CN101703797B (zh) * 2009-12-07 2015-03-04 常熟致圆微管技术有限公司 生物医用镁或其合金表面的氟取代磷灰石涂层及制备方法
US8980328B2 (en) * 2011-09-29 2015-03-17 Collagen Matrix, Inc. Method of preparing porous carbonate apatite from natural bone
KR101478014B1 (ko) * 2013-10-28 2015-01-06 한국에너지기술연구원 흑연쉘로 둘러싸인 나노와이어 기반의 3차원 수산화인회석 구조체 및 그 합성방법
CN104117092B (zh) * 2014-06-30 2017-02-22 江阴市柏御天谷生物医药有限公司 一种人工骨骼材料及其制备方法
US10238507B2 (en) 2015-01-12 2019-03-26 Surgentec, Llc Bone graft delivery system and method for using same
KR102285323B1 (ko) * 2017-10-11 2021-08-03 포항공과대학교 산학협력단 코콜리드와 코콜리드로부터 합성된 탄산수산화인회석 기반의 골이식재
US10687828B2 (en) 2018-04-13 2020-06-23 Surgentec, Llc Bone graft delivery system and method for using same
US11116647B2 (en) 2018-04-13 2021-09-14 Surgentec, Llc Bone graft delivery system and method for using same
JP7281796B2 (ja) * 2019-01-09 2023-05-26 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 炭酸基高含有炭酸アパタイト
CN110354818B (zh) * 2019-08-05 2020-07-03 泰州禾益新材料科技有限公司 一种吸附水中砷、氟的羟基磷灰石基复合材料及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1017310A (ja) 1996-07-03 1998-01-20 Ehime Pref Gov コラーゲン、ヒドロキシアパタイトの製造方法及びその生成物
KR20000050294A (ko) * 1999-01-02 2000-08-05 정필훈 동물뼈를이용한골대체물제작방법및뼈를강화시키는방법
KR20010048219A (ko) * 1999-11-25 2001-06-15 김정근 동물 뼈를 이용한 골이식 대체재 및 그 제조 방법
KR20060099819A (ko) * 2005-03-15 2006-09-20 재단법인서울대학교산학협력재단 프라이온-프리 골 이식 대체재의 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1017310A (ja) 1996-07-03 1998-01-20 Ehime Pref Gov コラーゲン、ヒドロキシアパタイトの製造方法及びその生成物
KR20000050294A (ko) * 1999-01-02 2000-08-05 정필훈 동물뼈를이용한골대체물제작방법및뼈를강화시키는방법
KR20010048219A (ko) * 1999-11-25 2001-06-15 김정근 동물 뼈를 이용한 골이식 대체재 및 그 제조 방법
KR20060099819A (ko) * 2005-03-15 2006-09-20 재단법인서울대학교산학협력재단 프라이온-프리 골 이식 대체재의 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101848289B1 (ko) 2016-05-20 2018-04-12 디엠씨휴먼사이언스 주식회사 동물 유래 조직을 이용한 천연 하이드록시 아파타이트 골 이식재 제조 방법

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