KR100875197B1 - 치아를 이용한 인산칼슘계 생체 세라믹스 및 그 제조방법. - Google Patents

Abstract

본 발명은 치아에서 분리한 인산칼슘계 무기질로부터 조성된 수산화아파타이트계 생체 세라믹스의 제조방법에 관한 것으로, 치아를 하소 하여 치아 속에 포함된 유기물을 제거하는 단계와 유기물이 제거된 치아를 분쇄하여 수산화아파타이트의 무기물 분말을 제조하는 단계와 무기물 분말을 가압하여 특정형상의 성형물로 성형하는 단계와 성형물을 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 인산칼슘계 생체 세라믹스의 제조방법은 인조 수산화아파타이트에 비해 미세구조적으로 분해가 일어나지 않고 장기간 안정한 것을 특징으로 하는 인산칼슘계 생체 세라믹스를 제공한다.

치아, 수산화아파타이트, 인산칼슘계, 생체 세라믹스

Description

치아를 이용한 인산칼슘계 생체 세라믹스 및 그 제조방법. {Calcium phosphate-based bioceramics derived from teeth and manufacturing method thereof}

도 1은 본 발명의 실시 예에 의해 제조한 생물학적 수산화아파타이트의 원소 분석표이다.

도 2는 본 발명의 실시 예와 비교 예에 의해 제조한 수산화아파타이트의 X선회절분석을 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명의 실시 예와 비교 예에 의해 제조한 수산화아파타이트의 침적 전 주사전자 현미경사진이다.

도 4는 본 발명의 실시 예와 비교 예에 의해 제조한 수산화아파타이트의 열 에칭 후 주사전자 현미경사진이다.

도 5는 비교 예에 의해 제조한 수산화아파타이트의 침적 후 주사전자 현미경사진이다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 의해 제조한 생물학적 수산화아파타이트의 침적 후 주사전자 현미경사진이다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 의해 제조한 생물학적 수산화아파타이트에 함유되어 있는 β-TCP 함유량의 침적시간에 따른 변화를 X선회절분석으로 나타낸 그래 프이다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 의해 제조한 생물학적 수산화아파타이트에 함유되어 있는 β-TCP 함유량의 침적시간에 따른 변화를 그래프로 도시한 것이다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 의해 제조한 생물학적 수산화아파타이트의 침적 후 시간에 따른 칼슘과 인 이온 농도 그래프이다.

본 발명은 치아로부터 추출한 무기물을 이용하여 조성된 수산화아파타이트와 소량의 인산3칼슘으로 이루어진 인산칼슘계 생체 세라믹스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인조 수산화아파타이트에 비해 미세구조적으로 분해가 일어나지 않고 장기간 안정한 인산칼슘계 생체 세라믹스 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 인체의 경조직은 무기질인 수산화아파타이트와 유기질인 콜라겐 섬유로 구성되어있다. 이 중에서 수산화아파타이트(Hydroxyapatite: HA)( Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ )는 뼈나 치아를 이루는 무기성분, 즉 칼슘과 인으로 이루어진 인산칼슘계 화합물이다. 통상적으로 인체에 존재하는 전 칼슘의 99%와 약 85%의 인이 경조직에 존재한다고 알려져 있다. 따라서 생체 무기성분과 동일한 조성인 수산화아파타이트는 인공치근 또는 뼈 충전제 등의 생체 경조직 대체 재료로서 매우 큰 관심을 보이고 있으며 생화학적 관점에서 그 특성에 관한 연구가 광범위하게 진행 되고 있다.

일반적으로 실험실에서 행해지는 합성 수산화아파타이트는 순수한 수산화아파타이트 또는 예를 들면 탄산, 불소, 염소 같은 다른 이온을 함유하거나 칼슘이 부족하거나 칼슘이 바륨, 스트론륨 및 납과 같은 다른 이온으로 부분적으로 또는 완전히 치환된 결정체를 포함한 불순한 수산화아파타이트의 형태로 실험실에서 합성된다.

특히, Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂의 화학적 구조를 갖고 Ca/P의 몰 비율이 1.667인 수산화아파타이트는 자연적 인간의 뼈나 치아 등과 성분의 유사성 때문에 그 특성에 관한 연구가 많이 진행되고 있다.

그러나 pH 7.3 이상의 한정된 범위에서 인산칼슘 무기물질은 가장 낮은 용해성을 보여주기 때문에 수산화아파타이트는 체액 내에서 안정할 거라는 기대에도 불구하고 많은 연구에서 생체적 환경에 노출될 때 미세구조적 분해가 발생한다고 알려져 있다(H.K.Koerten and J.van der Meulen:J.Biomed.Mater.Res. Vol.44 (1999)). 이러한 문제는 수산화아파타이트의 생물학적 조직의 취약한 기계적 결합에 있다. 게다가 인산칼슘계 무기물질이 붕괴할 시 뼈 물질의 계면강도, 그리고 인성 강도와 같은 기계적 물성이 스스로 급격히 감소한다(T.Nonami and F.Wakai:J.Ceram.Soc.Jpn.Vol.103 (1995)). 이러한 사실로부터 생체 내에서 용해와 분해가 억제될 수 있는 수산화아파타이트를 비롯한 인산칼슘계 생체 세라믹스가 요구된다.

한편, 뼈와 같은 생물학적 조직에서 발견되는 칼슘-인산염(Ca-P)의 결정체는 수산화아파타이트(Ca₁₀ (PO₄)₆(OH)₂)의 기본 결정체구조를 가지나 이러한 생물학적 아파타이트는 순수한 합성 아파타이트에 비해 다양한 다른 이온과 양이온을 함유하고 인과 칼슘의 비가 각기 다르다.

더욱이, 구조적, 물리화학적 관점에서 뼈 결정체에 있는 많은 탄산 및 인산기는 불안정하고 매우 반응성이 강하므로 중요한 생물-기능적 및 화학적 특성을 제공한다. 순수한 합성 아파타이트와 비교하여 뼈 결정체의 화학적, 구조적 및 근영역배열의 이러한 차이점은 그들의 반응성과 따라서 생물학적 환경에 있어서 기능의 중대한 차이점을 반영하는 것이다.

국내 공개특허 1996-7000958에는 뼈에서 인산칼슘결정을 분리하는 방법이 개시되어 있다.

상기 개시된 발명은 뼈에서 인산칼슘 결정체를 분리하는 공정이 복잡하고 그로부터 얻어진 인산칼슘결정체나 세라믹에 대한 생체활성도나 생체 안정성 또는 기계적 물성에 대한 자료는 기재되어 있지않다.

따라서 제조가 간단하면서도 생물학적 환경에서 분해가 억제되고 매우 안정한 인산칼슘계 무기물질이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로 본 발명의 목적은 자연적으로 치아의 법랑질과 상아질에 생성된 생물학적 아파타이트 결정체를 분리 추출하여 인조 수산화아파타이트에 비해 미세구조적으로 분해가 일어나지 않고 장기간 안정한 것을 특징으로 하는 인산칼슘계 생체 세라믹스 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 인산칼슘계 생체 세라믹스의 제조방법은 치아를 하소 하여 치아 속에 포함된 유기물을 제거하는 단계; 상기 유기물이 제거된 치아를 분쇄하여 수산화아파타이트의 무기물 분말을 제조하는 단계; 상기 무기물 분말을 가압하여 특정형상의 성형물로 성형하는 단계; 상기 성형물을 소결하는 단계;를 포함한다.

바람직하게는 상기 유기물 제거 단계에서 상기 치아를 800 내지 1000℃에서 분당 4 내지 6 ℃로 상승시키면서 1 내지 2 시간 동안 하소 한다.

또한, 상기 소결단계는 수증기 분위기에서 1150 내지 1250℃로 1 내지 3시간 동안 소결하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 인산 칼슘계 생체 세라믹스는 상기의 방법으로 제조되어 수산화아파타이트와 β-인산3칼슘을 포함하는 인산칼슘계 생체세라믹스로서, 상기 수산화아파타이트 부피에 대하여 상기 β-인산3칼슘의 부피비가 0.115 내지 0.135이고, 상기 인산칼슘계 생체 세라믹스의 구성성분 중 Ca/P 몰비가 1.61 내지 1.65인 것을 특징으로 한다.

이하에 본 발명의 인산칼슘계 생체 세라믹스의 제조 방법을 상세하게 설명한 다.

뼈와 같은 생물학적 조직에서 추출해낸 인산칼슘 무기물질을 이용한 생체 세라믹스는 생체적합성 및 생체 활성이 매우 우수하다. 특히 이 중에서도 생물학적 환경에서 매우 안정한 인간의 치아에 존재하는 인산칼슘계 무기물질을 이용한다.

본 발명에서 사용된 생물학적 수산화아파타이트 분말은 사람, 동물과 같은 포유류로부터 발치 된 치아를 사용하며, 특히 사람의 발치 된 치아 중 충치가 없는 치아로부터 추출한 것이 바람직하다.

먼저, 치아를 흐르는 물에서 솔로 세척 후 상온 20℃에서 건조한다.

그 다음 치아에서 유기물을 제거하기 위해 치아를 800 내지 1000℃, 특히 900℃에서 1 내지 2시간, 특히 1시간 동안 분당 4 내지 6℃, 특히 5℃로 상승하면서 하소 한다. 이때, 하소 온도가 800℃ 미만이면 미반응 유기물이 남고 1000℃를 초과하면 과소성 되어 결정 입자가 커지고 고온 유지를 위한 연료비의 상승으로 경제성이 저하된다. 따라서 800℃ 내지 1000℃의 하소 온도에서 유기물을 완전히 하소 하여 오직 상아질과 법랑질에 존재하는 인산칼슘의 무기물을 얻을 수 있다.

다음으로, 상아질과 법랑질을 에탄올에 넣고 가루로 만든 다음 12시간 동안 분쇄하여 분말 상태로 만든다. 상기 분쇄시 분쇄방법이 특별하게 제한되는 것은 아니며, 볼밀링(ball milling) 등을 사용한다. 획득된 분말은 수산화아파타이트 소결체를 제조하는 데 사용된다.

제조한 분말을 사용하여 일축 가압성형한 다음 220㎫ 압력으로 정수압 성형을 행하여 최종 성형 시편을 얻는다.

그리고 성형 시편을 1150 내지 1250℃, 특히 1200℃에서 1 내지 3시간 동안, 특히 2시간 동안 소결하여 생물학적 수산화아파타이트 소결체를 제조한다. 소결시 고온 열분해를 방지하기 위하여 소결분위기는 수증기 분위기로 유지한다.

이 경우 1150℃ 이하에서 소결하면 소결체의 상대밀도가 90% 이하로 낮아져 기계적 강도가 감소하게 된다. 그리고 1250℃ 이상에서 소결하게 되면 수산화아파타이트의 열분해가 급격히 진행되어 α- 인산3칼슘(α-tricalcium phosphate:α-TCP ) 또는 β- 인산3칼슘(β-tricalcium phosphate:β-TCP)의 함량이 증가하고 CaO 및 Tetratricalcium phosphate와 같은 제 2상이 더불어 형성된다. 이러한 제 2상들은 생물학적 수산화아파타이트의 생체 내 안정성을 떨어뜨릴 우려가 있다.

상기 방법에 따르면 본 발명의 인산칼슘계 생체 세라믹스가 완성된다. 이렇게 완성된 생체 세라믹스는 수산화아파타이트와 β-인산3칼슘을 포함한다.

상기 수산화아파타이트 부피에 대하여 상기 β-인산3칼슘의 부피비가 0.115 내지 0.135이고, 특히 0.125인 것이 바람직하다. 그리고 상기 인산칼슘계 생체 세라믹스의 구성성분 중 Ca/P 몰비가 1.61 내지 1.65인 것이 바람직하고, 특히 1.63인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 하기 실시 예를 들어 상세하게 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시 예로만 한정되는 것은 아니다.

(실시 예)

먼저, 사람의 발치 된 치아 중 충치가 없는 치아를 흐르는 물에서 솔로 세척 한 후 상온 25℃에서 건조하였다. 그리고 치아를 900℃에서 1시간 동안 분당 5℃로 승온하면서 하소 하였다. 하소 된 치아로부터 얻은 상아질과 법랑질을 에탄올에 넣고 12시간 동안 볼밀링하여 가루로 만든 다음 일축 가압성형하여 220㎫ 압력으로 정수압 성형을 행하여 최종시편을 얻었다. 그리고 시편을 수증기 분위기에서 1200℃에서 2시간 동안 소결하여 생물학적 수산화아파타이트 소결체를 제조하였다.

(비교 예)

한편, 본 발명에 따른 생물학적 수산화아파타이트 소결체와 비교하기 위한 비교 예로서, 침전법으로 합성한 수산화아파타이트분말을 일축 가압성형한 다음 220㎫ 압력으로 정수압 성형을 행하여 최종 성형 시편을 얻고, 성형 시편을 1200℃에서 수증기 분위기하에서 2시간 동안 소결하여 인조 수산화아파타이트 소결체를 제조하였다.

1.실험 및 분석 방법

본 발명의 실시 예에 따른 생물학적 수산화아파타이트와 비교 예에 따른 인조 수산화아파타이트 시편의 표면은 1㎛ 크기의 다이아몬드 현탁액을 이용하여 최종적으로 연마하였다. 그리고 용해 거동을 관찰하고자 수용액에서 침적 실험을 행하였는데 수용액의 pH는 생체용액과 같은 pH 7.4로 조절하였고 pH조절 완충용액으로는 0.05M tri(hydroxymethly)-aminomethane을 사용하였다.

40㎖의 수용액 내에 시편이 담긴 용기를 밀봉한 후 항온 항습기에서 넣은 다 음 37℃로 온도를 일정하게 유지시켰고, 항온 항습기에서 담지는 3일에서부터 14일까지 행하였으며 용해 실험 후 모든 시편은 증류수와 아세톤으로 세척하였다.

하소한 분말의 Ca/P의 몰비와 칼슘 인 이외에 치아에 포함되어 있는 성분은 ICP(Inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy)를 이용하여 분석하였다. X-선 회절 (XRD)분석결과를 바탕으로 생물학적 아파타이트의 격자상수를 합성한 수산화아파타이트 분말과 비교하였다. 침적시간에 따른 소결체의 미세구조 및 결정상의 변화는 주사전자 현미경 사진(SEM)과 X-선 회절(XRD)분석을 통하여 고찰하였다.

2. 성분분석

도 1은 ICP를 이용하여 분석한 본 발명에 따른 생물학적 수산화아파타이트의 구성원소를 나타낸다. 치아로부터 분리해낸 생물학적 수산화아파타이트에는 칼슘, 인, 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 스트론튬, 구리, 아연, 프란슘, 망간, 그리고 납이 포함되어 있다.

다양한 요소로 구성된 생물학적 수산화아파타이트의 Ca/P 몰 비율은 1.63이고 그 외에 상기와 같은 소량의 원소가 포함되어 있어 화학양론, 화학 조성, 결정구조, 용해성 측면에서 인조 수산화아파타이트와는 다르다. Mg^{2 +} , Na⁺ , K⁺ 와 Mn⁺ , Fe⁺ , Cu⁺ , Zn⁺ , Sr^{2 +} 와 F^- 와 Cl^- 은 수산화아파타이트 구조에 치환될 수 있는 데 여기서 이러한 이온들이 본 발명에 따른 생물학적 수산화아파타이트에도 치환될 수 있는지 살펴본다.

생물학적 수산화아파타이트 구조에서 이온치환 가능성은 cell parameters를 측정해서 평가할 수 있다. 순수한 수산화아파타이트의 세포요소는 a=9.42Å그리고 c=6.88Å(JCPDS data file No. 9-432)이다. XRD data로 부터 계산된 생물학적 수산화아파타이트의 세포요소는 a=9.40Å 그리고 c=6.88Å이다. OH^- 대신 F^- 로 치환된 불화아파타이트( Ca₁₀(PO₄)₆(F)₂ )는 c축의 길이는 유지하고 있는 동안 a축 길이가 9.36Å(JCPDS data file No. 15-876)으로 감소하는 경향이 있다. Ca^{2 +} 대신 치환된 Mg^{2 +} 의 경우, a그리고 c의 격자상수는 감소하였다. 왜냐하면, Ca^{2 +} 의 이온반경(0.99Å)보다 Mg^{2 +} 의 이온반경(0.69Å)이 더 작기 때문이다. 그리고 CO₃ ^{2 -} 와 함께 Na^{2 +} 로 치환은 a축 길이가 9.32-9.38Å로 줄어들고 c축의 길이가 6.89Å로 약간 증가한다. 그 어떤 것도 생물학적 수산화아파타이트구조와 충분히 일치하지않는다. 그러므로 생물학적 수산화아파타이트 구조에 있어서 수산화아파타이트 격자에 Mg^{2 +}, Na^{2 +}, F^- 의 치환가능성은 거의 없다.

따라서 생물학적 수산화아파타이트의 용해특성은 이온 치환의 가능성과 거의 관련이 없다.

한편, 도 2에서 (a), (b)는 비교 예에 따른 인조 수산화아파타이트와 본 발명에 따른 생물학적 수산화아파타이트의 생성 상을 보여주는 X선 회절분석(XRD) 패턴을 나타내고 있다. 이때 2θ= 20~60 구간을 측정하였다.

(a)의 인조 수산화아파타이트의 경우 β-TCP(β-tricalcium phosphate)와 CaO(calcium oxide)와 같은 열 분해로 인한 제 2상의 특성은 보이지 않는다. 즉 모든 피크는 어떠한 불순물도 없는 수산화아파타이트 상과 일치한다.

반면에 (b)에서는 생물학적 수산화아파타이트의 X선 회절분석(XRD) 패턴에서는 수산화아파타이트와 β-TCP로 구성되어 있음을 알 수 있다. 이때 Ca/P의 몰 비율은 1.62이고 상승한 온도에서 발생한 열분해에 의해 β-TCP가 생성되었다.

이는 수산화아파타이트를 고온에서 소결시 비화학양론적 조성의 인산3칼슘(Tricalcium phosphate: TCP)( Ca₃(PO₄)₂ )으로 열분해 되어 수산화아파타이트의 상변화를 일으키기 때문이다. 인산3칼슘은 동질이형이 없는 수산화아파타이트와는 달리 크게 β상(β-TCP)과 α상(α-TCP)의 동질이형을 갖는다. β상은 저온상으로 육방정계 결정을 갖고 이 저온상 β상을 1100-1180℃의 온도에서 열처리하면 단사정계를 갖는 고온상 α상으로 상전이 한다. 고온에서 수산화아파타이트가 열분해 되어 β-TCP등의 제2상이 형성된다. 이러한β-TCP는 수산화아파타이트보다 파괴인성값이 높기 때문에 수산화아파타이트의 기계적 물성을 향상시킬 수 있으나, 수산화아파타이트보다 용해도가 높다는 특징이 있다.

2. 용해실험

도 3에서 (a), (b)는 비교 예에 따른 인조 수산화아파타이트와 본 발명에 따른 생물학적 수산화아파타이트의 연마 후 주사전자 현미경사진을 나타내고 있다.

(a)의 인조 수산화아파타이트는 상대밀도는 98%로서 거의 기공이 보이지않는 다. 그러나 (b)의 생물학적 수산화아파타이트는 표면이 완전히 치밀하지 않는다는 것을 보여준다. 생물학적 수산화아파타이트의 소결밀도는 94%로 거의 1㎛의 많은 잔여기공이 존재한다.

이는 도 4의 (a), (b)의 1200℃에서 소결한 후 1150℃에서 30분간 열에칭(thermal etching)한 인조 수산화아파타이트와 생물학적 수산화아파타이트의 SEM사진에서도 잘 나타난다. (a)의 인조 수산화아파타이트는 표면이 치밀하게 형성되었음을 알 수 있지만 (b)의 생물학적 수산화아파타이트의 표면은 많은 기공들이 존재한다. 이는 β-TCP의 나쁜 소결성과 동시에 공존하는 수산화아파타이트와 β-TCP의 열팽창계수가 다르기 때문이다.

도 5에서 (a), (b), (c), (d)는 침적 전, 침적 3일 후, 7일 후, 14일 후의 비교 예에 따른 인조 수산화아파타이트 표면의 주사전자 현미경사진을 나타내고 있다.

(b)에서 인조 수산화아파타이트 시편은 침적 3일 후부터 화살표로 표시된 것처럼 수산화아파타이트의 입계에서 용해가 일어나기 시작하여 (c)의 침적 7일 후 사진에서는 입계 용해가 일어남을 명백히 알 수 있다. 그리고 (d)의 침적 14일 후에는 입계에서 용해가 계속되어 수산화아파타이트의 입자가 분리되고 그 자리에 기공이 형성되었다. 이러한 용해는 입계 사이를 따라 물질의 내부로 점진적으로 진행될 거라 추측된다. 이는 입자 내부보다 입계에서의 Ca/P의 몰 비율이 더 낮은 비화학양론적 구성 때문이라고 추측된다.

반면에 본 발명에 따른 생물학적 수산화아파타이트의 시편은 도 6에서 (a), (b), (c), (d)에 나타난 것처럼 용해 특성은 인조 수산화아파타이트와 완전히 다르게 진행된다. (b)의 침적 3일 후 사진을 보면 수산화아파타이트의 입계에서 용해가 일어나는 인조 수산화아파타이트와는 달리 생물학적 수산화아파타이트의 경우 특정입자, 즉 β-TCP의 표면에서 용해가 시작된다. 그리고 (c)의 침적 7일 후에는 특정입자의 표면은 용해 때문에 다른 부분보다 거칠어진다. 그리고 침적시간 후 밝은 회색 색깔의 몇몇 입자가 표면에 관찰되었다. 그리고 긴 시간 침적 후 입자들은 분리되어 빠졌고 입자크기의 2~3㎛와 일치하는 치수의 기공을 남기고 표면으로부터 분리되어 사라진다. 생물학적 수산화아파타이트에서는 특정입자에서만 용해가 일어나고 수산화아파타이트의 입계에서는 용해가 발생 되지 않는 걸로 보인다. 이는 수산화아파타이트의 입계에서 용해가 일어나는 합성 수산화아파타이트와는 전혀 다름을 알 수 있다.

도 7에서 (a), (b), (c), (d)는 본 발명에 따른 생물학적 수산화아파타이트의 침적 전, 침적 3일 후, 7일 후, 14일 후의 β-TCP의 XRD패턴을 나타낸다. β-TCP피크의 강도는 침적이 진행됨에 따라 약해진다. 특히 2θ=31.29°에서 β-TCP피크의 강도는 침적 14일 후 현저히 감소했다. 이는 β-TCP가 수산화아파타이트보다 용해도가 더 높기 때문이다. 그러므로 β-TCP상으로 구성된 입자는 물에서 현저히 용해되었다. 이러한 결과는 도 6의 SEM의 사진상의 생물학적 수산화아파타이트의 용해특성과 일치하는 데, 생물학적 수산화아파타이트의 용해에 있어서 수산화아파타이트보다 용해도가 더 높은 β-TCP의 입자에서는 용해가 일어나지만 수산화아파타이트의 입자에서는 용해가 억제된다.

도 8은 본 발명에 따른 생물학적 수산화아파타이트에서 β-TCP상의 상대적인 함유량을 XRD data로부터 계산하여 침적시간에 따른 함유량의 변화를 그래프로 도시한 것이다.

생물학적 수산화아파타이트의 β-TCP상의 상대적 함유량의 감소는 침적시간 동안 계속되었다. 침적 14일후의 β-TCP상 함유량은 초기의 양보다 절반인 약 6.5%로 떨어졌다. 이러한 β-TCP상의 계속적인 감소는 XRD결과와 일치한다.

그리고 도 9는 본 발명에 따른 생물학적 수산화아파타이트의 침적시간에 따른 침적 용액 내에서 칼슘과 인 이온 농도의 변화를 보여 주고 있다. 침적 후 용액 안의 칼슘과 인 이온 농도를 유도결합 플라즈마분광계(ICP-AES, OPTIMA 4300, Perkin Elmer)로 측정하였다. 침적시간 동안 칼슘과 인 이온 농도는 계속 증가하였다. XRD결과를 고려할 때 칼슘과 인 농도 증가는 주로 β-TCP 입자의 용해 때문이다. 용액 내에서 이온 농도는 14일 후에도 포화 되지않았다.

결론적으로 생물학적 수산화아파타이트는 β-TCP만 용해되고 β-TCP 입자들은 그 크기가 같은 기공자리를 남긴 채 matrix로부터 분리된다. 그리고 대부분 수산화아파타이트의 입자로 이루어진 다른 지역에서는 용해가 억제된다. 수산화아파타이트의 용해억제된 matrix에는 표면손상의 증거는 없었다.

상기의 결과로부터 생물학적으로 추출된 수산화아파타이트와 소량의 β-TCP로 이루어진 인산칼슘계 세라믹스의 경우 생체 내에서 용해 거동은 인조 수산화아파타이트의 용해 거동과 완전히 다름을 알 수 있다. 인조 수산화아파타이트에서는 수산화아파타이트의 입계용해가 현저히 나타난 반면 생물학적 수산화아파타이트에 서의 용해는 수산화아파타이트입자에서 완전히 제한되어 용해의 흔적을 거의 찾아 볼 수 없다.

따라서 본 발명에 따른 치아로부터 추출한 무기물을 이용한 인산칼슘계 생체 세라믹스는 생체 내 환경에서 미세구조적으로 분해되지 않고 장기간 안정하게 유지될 수 있으므로 인공장기 중에서 인공 뼈, 인공치근, 치조골 충진재, 이 소골 등의 임플란트 소재로 이용될 수 있으며, 인공 고관절 및 무릎용 임플란트, 인공치아용 임플란트, 각종 금속 임플란트의 표면 코팅소재로 유용하게 이용될 수 있다.

본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시되는 것에 한정되지않으며, 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변용 및 변용 예가 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 치아를 이용하여 조성된 인산칼슘계 생체 세라믹스는 인체에 존재하는 무기물질로 이루어져 생체적합성 및 골 유도 접합성이 매우 우수하다. 그리고 상기 조성물은 수산화아파타이트와 β-인산3칼슘으로 조성되어 용해시 β-인산3칼슘은 용해되는 반면, 수산화아파타이트는 용해가 억제됨으로써 생체 내 환경에서 미세구조적으로 분해되지않고 장기간 안정하게 유지되는 인산칼슘계 생체 세라믹스를 제공한다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 치아를 하소하여 치아속에 포함된 유기물을 제거하는 단계;

   상기 유기물이 제거된 치아를 분쇄하여 인산칼슘 무기물 분말을 제조하는 단계;

   상기 무기물 분말을 가압하여 특정형상의 성형물로 성형하는 단계;

   상기 성형물을 소결하는 단계;를 포함하며,

   상기 소결단계는 수증기 분위기에서 1150 내지 1250℃로 1 내지 3시간 동안 소결하는 것을 특징으로 하는 인산칼슘계 생체 세라믹스의 제조 방법.
4. 제 3항의 방법으로 제조되어 수산화아파타이트와 β-인산3칼슘을 포함하는 인산칼슘계 생체 세라믹스로서, 상기 수산화아파타이트 부피에 대하여 상기 β-인산3칼슘의 부피비가 0.115 내지 0.135이고, 상기 인산칼슘계 생체 세라믹스의 구성성분 중 Ca/P 몰비가 1.61 내지 1.65인 것을 특징으로 하는 인산칼슘계 생체 세라믹스.

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