KR100890935B1 - 피이이케이와 산화칼슘-이산화규소를 이용한 인공골용생체활성 복합체 및 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 PEEK와 CaO-SiO2를 이용한 인공골용 생체활성 복합체 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 PEEK와 졸-겔(Sol-Gel)법으로 제조한 CaO-SiO2를 주성분으로 하는 PEEK와 CaO-SiO2를 이용한 인공골용 생체활성 복합체 및 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 PEEK와 CaO-SiO2를 이용한 인공골용 생체활성 복합체 및 제조방법은 PEEK 및 상기 PEEK와 혼합하고, 아파타이트를 형성하기 위한 몰비가 30:70인 CaO-SiO2를 포함함에 기술적 특징이 있다.
PEEK, CaO, SiO2, 인공뼈, 생체활성

Description

피이이케이와 산화칼슘-이산화규소를 이용한 인공골용 생체활성 복합체 및 제조방법{Bioactive composition using PEEK and CaO-SiO2 for artificial bone and method for manufacture thereof}
본 발명은 PEEK와 CaO-SiO2를 이용한 인공골용 생체활성 복합체 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 PEEK와 졸-겔(sol-gel)법으로 제조한 CaO-SiO2를 주성분으로 하는 PEEK와 CaO-SiO2를 이용한 인공골용 생체활성 복합체 및 제조방법에 관한 것이다.
통계청은 평균수명의 증가 및 출산율의 감소 등으로 인하여 우리나라의 인구 노령화가 빨라져 2032년에는 초고령 사회에 진입할 것으로 전망했다. 고령화 사회의 진전에 따른 골다공증 등과 같은 뼈 조직에 관한 각종 질병이나, 자동차의 증가 등에 따른 사고로 인해 뼈 조직의 손상을 입는 경우가 증가하고 있다.
우리 몸은 자기수복능력을 가지고 있으므로 그 손상이 적은 경우는 그 기능 을 회복할 수 있으나 손상된 정도가 어느 한계를 넘어서면 자기 스스로 회복할 수 없으므로 이러한 경우에는 손상된 부위를 절개하여 다른 물질로 바꿔 넣지 않으면 안 된다.
다른 물질로서 자가골 이식(autograft) 및 동종골 이식(homograft)을 사용하는데 자가골 이식의 경우, 제공할 수 있는 자가골의 양이 많지 않고, 동종골 이식의 경우, 체내에서 거절반응을 극복하고 장기에 걸쳐 기능을 다하는 확률은 그리 높지 않아 제3의 후보물질로서 여러 가지 인공재료를 사용하는 타종골 이식(alograft)이 대두되었으며 이를 위해 사용하는 재료를 인공재료(artificial material)라 칭하고 있다.
손상된 생체의 기능을 수복 또는 지원하기 위해 사용하는 것을 목적으로 신체의 표면이나 내부의 조직, 혹은 체액과 접촉하여 사용되고 있는 인공재료 즉, 생체재료(Biomaterials)로서 각종 금속재료를 시작으로 유기고분자 및 여러 가지 성분의 세라믹스 재료 등이 사용되고 있다. 소결 알루미나(Al2O3)나 지르코니아(ZrO2)와 같은 세라믹스, 인공관절을 고정시키기 위해 골 시멘트로 사용되는 PMMA 등과 같은 유기고분자, 골절부위를 고정하기 위해 사용되는 티탄금속 등을 생체 내에 매입하면 두터운 섬유성 피막이 그 주변을 둘러싸서 주위의 뼈로부터 격리시키려 하므로, 인공재료를 장기간 뼈에 확실하게 고정하는 점에서는 바람직하지 못하다.
피막을 만들지 않고 주위의 뼈와 직접 강하게 결합하는 특성을 나타내 생체활성 물질이라 불리고 있으며 그 종류와 특성을 표 1에 나타내었다.
Figure 112008031460859-pat00001
생체활성 물질로 최초로 개발된 재료는 1970년대 초 미국의 Hench 등에 의해 보고된 Na2O-CaO-SiO2-P2O5계 유리인 Bioglass®는 연조직과도 결합할 정도로 높은 생체활성을 보이나 보통 유리 정도의 기계적 강도를 보이기 때문에 하중이 걸리는 부위에는 사용할 수 없다.
1973년 Bromer 등이 개발한 Bioglass®타입의 유리에 알칼리 함유량을 줄이고 가열처리를 행하여 유리 속에 아파타이트를 석출시킨 결정화 유리 Ceravital®의 경우 생체활성은 Bioglass®보다는 다소 낮지만 기계적 강도가 증가되어 그 곡강도는 최대 150MPa을 보이고 있다. 그렇지만 사람의 피질골의 곡강도인 160MPa 정도에는 아직 미치지 못하였다.
1982년 Kokubo 등이 유리를 결정화시킴으로써 유리 속에 산소-불소아파타이트(Ca10(PO4)6(O,F2)와 β-wollastonite(CaO-SiO2)를 석출시켜 개발한 결정화 유리 A-W는 그 기계적 강도(215MPa의 곡강도)와 생체 뼈와의 결합 속도가 뛰어나지만 상기 무기물질도 그 재료가 본질적으로 가지고 있는 물성 때문에 사용상에 한계가 있다. 예를 들면 뛰어난 골결합 능력을 보인 결정화 유리 A-W도 생체 뼈에 비하여 깨어지기 쉽고 영율(Young's modulus)이 너무 높아 골 결손부에 매입되어 사용될 경우 생체 뼈의 파괴를 유발하기 때문에 하중이 크게 걸리는 대퇴부에는 실용화되고 있지 못하다.
이러한 종래의 유리, 결정화 유리 등과 같은 무기질 재료가 가지는 문제점을 해결하고 생체 뼈와 유사한 기계적 특성을 지니며 생체 뼈와도 잘 결합할 수 있는 재료를 개발하기 위하여 뼈의 기본 단위가 유기물인 콜라겐과 무기물인 아파타이트가 복합적으로 이루어진 복합체로 이루어진 사실에 근거하여 충격 등의 기계적 특성은 각종 유기물을 이용하여 분담하게 하고, 생체 뼈와 화학적으로 결합하는 생체활성은 유리, 결정화 유리 및 인산칼슘 화합물 등을 이용하여 분담하게 하려는 시도가 행해지게 되었다. 유기물로서는 생체 내에서 분해, 흡수되는 생분해성 고분자인 Poly Lactic Acid(PLA), PLGA, PVA, 키토산 등을 이용하여 유기무기복합체를 제조하여 체내에서 유기무기 복합체가 궁극적으로 분해, 흡수되게 하려는 시도들이 행해지게 되었다.
이에 비하여 고밀도폴리에틸렌(High Density Poly Ethylene:HDPE) 등과 같은 생분해성을 가지지 않는 유기고분자를 사용하여 복합체를 제조하고, 생체활성 유리, 결정화 유리 및 인산칼슘 화합물 충전제들로 하여금 유기무기 복합체 표면에만 생체활성을 나타내게 하는 표면 생체활성 유기무기 복합체 제조에 대한 연구들이 행해지게 되었다.
Bonefield 등은 생체활성을 나타내는 성분으로서 수산아파타이트 세라믹스 분말을 택하여 이것을 HDPE와 마이크로미터 영역에서 복합화함으로써 생체활성을 나타냄과 동시에 영율도 생체 뼈와 유사한 재료를 얻는 연구를 수행하였다. HDPE에 수산아파타이트 분말을 복합화하는 경우, 얻어진 복합체의 영율과 파단특성은 수산화아파타이트의 체적비율에 의존하므로 수산화아파타이트의 체적비가 20vol%를 넘게 되면 복합체 표면에 골조직이 둘러싸게 된다.
수산화아파타이트 이외에도 수산화아파타이트보다 훨씬 뛰어난 생체활성을 나타내는 Bioglass®나 결정화유리 A-W 분말을 이용한 HDPE와의 복합화도 행해지고 있다. 이러한 생체활성 세라믹스 분말을 마이크로미터 영역에서 복합화 하여 기계적 특성도 생체 뼈에 더 가까운 복합체를 만들 수 있게 되었다. 그러나 생체활성 분말끼리의 계면에서의 박리라든가 제조기술의 문제, 조성이나 미세구조의 선택성이 적다는 문제점을 가지고 있다. 즉 골조직의 치환에 최적인 특성을 가지는 HAPEX®를 제조하기 위해서는 복합체 내부에 수산화아파타이트를 균일하게 분산시키는 정밀한 프로세스가 필요하다. 또한 복합체의 역학적 특성은 수산화아파타이트 분말의 비표면적, 평균입도, 입도분포 등에 영향을 받으므로 이들 인자들을 제어해야 하는 과제를 남겨두고 있다.
한편, 고밀도 폴리에틸렌과 같은 열가소성 수지를 이용하여 유기무기복합체를 제조하는 경우에는 주로 유기물인 열가소성 수지에 생체활성 무기물인 충전재(filler)를 넣어 섞은 후, 일정한 온도로 가열된 거푸집(mould) 속을 일정한 압력으로 압출시키는 방법 등이 사용되어 왔다. 이러한 경우 무기물 충전재의 함량은 열가소성 수지의 변형에 영향을 주지 않는 범위에서 밖에 사용할 수 없다. 또한 대다수의 경우 유기고분자의 기계적 특성은 유기물의 분자량에 크게 의존하며 이 분자량은 열처리 온도 등에 매우 민감한 문제가 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 폴리에테르에테르케톤계(Polyetheretherketone:PEEK)의 원료들을 유기물로 사용하여 PEEK와 CaO-SiO2를 이용한 인공골용 생체활성 복합체 및 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 개발한 유기무기복합체가 생체 뼈와 결합하는 능력을 갖게 하기 위하여 무기물질로서 졸-겔(sol-gel)법으로 생성된 높은 생체활성을 갖는 CaO-SiO2분말을 이용한 PEEK와 CaO-SiO2를 이용한 인공골용 생체활성 복합체 및 제조방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 PEEK 및 상기 PEEK와 혼합하고, 아파타이트를 형성하기 위한 CaO-SiO2를 포함하는 PEEK와 CaO-SiO2를 이용한 인공골용 생체활성 복합체에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 CaO-SiO2는 몰비가 25:75~35:65임이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 PEEK와 CaO-SiO2는 0:100~50:50의 중량비로 혼합함이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 졸-겔(Sol-Gel)법을 이용하여 CaO-SiO2겔을 형성하는 제 1단계; 상기 CaO-SiO2겔을 열처리하여 CaO-SiO2분말로 형성하는 제 2단계; 상기 CaO-SiO2분말과 PEEK분말의 일정 비율을 혼합하여 압력으로 프레스하는 제 3단계; 및 혼합된 상기 분말들을 열처리하는 제 4단계를 포함하는 PEEK와 CaO-SiO2를 이용한 인공골용 생체활성 복합체 제조 방법에 의해서 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 CaO-SiO2분말은 몰비가 25:75~35:65임이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 PEEK분말과 CaO-SiO2분말은 0:100~50:50의 중량비로 혼합함이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 제 1단계는 400℃~1000℃로 1시간 내지 3시간 동안 열처리함이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 제 1단계의 졸-겔법(Sol-Gel)은 칼슘 니트레이트 테트라하이드레이트와 폴리에틸렌 글리콜 및 TEOS를 포함하는 수용액을 이용함이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 PEEK와 CaO-SiO2를 이용한 인공골용 생체활성 복합체 및 제조방법은 유기물로서는 현존하는 유기고분자 중에서 기계적 특성이 매우 뛰어나고 FDA 승인을 얻어 이미 카테터 등으로 사용되고 있는 폴리에테르에테르케톤계의 원료들을 유기물로 사용하여 사고 또는 질병에 의하여 결손된 자가골 대체를 위하여 기계적 특성도 뛰어남과 동시에 생체 뼈와 화학적으로 결합할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 PEEK와 CaO-SiO2를 이용한 인공골용 생체활성 복합체 및 제조방법 개발한 유기무기복합체가 생체 뼈와 결합하는 능력을 갖게 하기 위하여 무기물질로서 높은 생체활성을 갖고 졸-겔법을 이용하여 낮은 온도에서 제조가 가능하며, 아파타이트 생성 표면반응성의 조절이 용이한 효과가 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
실시예 1: 졸겔법에 의한 CaO - SiO 2 분말의 제조
30CaO70SiO2 겔은 Tetraethoxysilane(TEOS; ER, Nacalai, Japan)을 수용액 중에서 가수분해(hydrolysis)시킨 후 중축합(polycondensation)시키는 졸-겔(Sol­Gel)법을 사용하여 합성하였다. 먼저 칼슘 니트레이트 테트라하이드레이트(Ca(H03)24H20, Nacalai, Japan)를 용해시킨 증류수에 분자량 10,000의 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol, PEG, Aldrich)을 용해시킨 후, 이 용액 속에 촉매로서 질산(nitric acid, 60 wt%; Nacalai, Japan)을 첨가하였다.
상기의 용액을 격렬하게 교반(stirring)시키면서 TEOS(Tetraethoxysilane)를 첨가하고, 20분 동안 교반시켰다. 이 용액을 플라스틱 용기에 옮겨 넣은 후, 뚜껑을 테이프로 밀봉하여 하루 동안 40℃의 공기 순환 오븐(air-circulating oven) 속에서 숙성시켰다. 이렇게 하여 얻어진 습윤겔을 증류수 안에서 3시간 동안 담가 겔속의 PEG를 제거하였다. 이때 증류수는 1시간마다 교체하였다.
증류수에 담가 놓은 습윤겔을 40℃ 오븐 속에서 7일간 건조한 다음, 열처리를 행하였다. 이때, 온도는 600℃로 2시간 동안 행하였다. 열처리 된 겔을 볼밀(planetary ball mill)을 사용하여 분쇄하여 CaO-SiO2분말을 제조하였다.
실시예 2: 유기무기( PEEK / CaO - SiO 2 ) 복합재료의 제조
PEEK는 실온에서 반결정 고분자로 존재하고 백본 체인 내에서 복수개의 에테르 결합으로 이루어져 있다. PEEK는 고온에서도 안정한 상태의 고분자로 존재한다.
PEEK는 연속 사용 온도가 높고, 내화학성, 내연소성, 내방사선성이 뛰어나며, 인장, 굴곡강도 및 인성, 내크리프성, 피로특성 등의 기계적 특성이 우수하여 의료용 소재에 적합 소재이다. PEEK는 적절한 생체 적합성 재료로써 다른 소재를 사용한 경우보다 탁월한 치료효과를 거둘 수 있다.
유기무기 복합재료를 제조하기 위해 PEEK분말을 생체활성 분말인 CaO-SiO2(이하 CS)분말을 볼밀(planetary ball mill)을 사용하여 각기 일정한 비율로 섞었다. 이때 사용한 PEEK분말과 CS분말의 중량비(10-xCSxP)는 0%(10P)에서 50%(5CS5P)까지 10%단위로 변화시켰으며 PEEK분말과 CS분말의 혼합비는 표 2와 같다.
시료 PEEK(vol%) CaO-SiO2(vol%)
10P 100 0
1CS9P 90 10
2CS8P 80 20
3CS7P 70 30
4CS6P 60 40
5CS5P 50 50
*P는 PEEK를 나타내고, CS는 30CaO70SiO2를 나타낸다.
*xCS(10-x)P=x30CaO70SiO2(10-x)PEEK, x=0~5
혼합된 복합분말을 150MPa의 압력으로 프레스하여 시편을 제작하였다. 아파타이트 생성 평가를 위한 시편의 직경과 두께는 13mm, 2mm이며 이 시편을 360℃~365℃로 열처리하였다. 이 시편을 SBF를 이용한 in vitro test로 사용하였으며, 시험 전 시료의 표면을 #1200 SiC 연마지로 연마한 후 에탄올로 세척하여 사용하였다.
실시예 3 : 유사체액을 이용한 생체활성 평가
생체 재료가 생체활성을 나타내는지 여부의 평가 방법에는 동물실험과 세포증식실험 외에도 용액 반응실험이 있다. 용액반응을 위한 유사생체용액은 Kokubo 등에 의해 제안된 SBF용액은 표 3에서 보는 바와 같이 사람의 혈장(Human Blood Fluid)내의 무기 이온의 농도와 거의 같은 이온 농도를 가지고 있음을 알 수 있다. SBF(Na+ 142.0, K+ 5.0, Mg2 + 1.5, Ca2 + 2.5, Cl- 147.8, HCO3 - 4.2, HPO4 2 - 1.0, SO4 2 - 0.5 mol.m-3)는 36.5℃에서 pH가 7.25가 되도록 준비했다.
의사체액 실험은 열처리한 후에 나오는 시편을 일정한 크기로 잘라 의사체액 속에 침적하고 사람의 체온과 같은 36.5℃의 인큐베이터 속에 넣고 일정기간 방치하였다. 일정기간 방치했던 시편의 곡면 구조를 X-ray회절(XRD, RINT PC2100, Rigaku Co., Japan)분석하였다. 시편의 표면 형태는 스캐닝이 가능한 주사전자 현미경(SEM, JSM5600, JEOL Ltd, Japan)을 이용하여 관찰하였다.
Figure 112008031460859-pat00002
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 PEEK분말과 CS분말의 중량비에 따른 인공골용 생체활성 복합체의 XRD그래프이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, PEEK분말과 CS분말의 중량비(10-xCSxP)를 0%(0CS10P)에서 50%(5CS5P)까지 10%단위로 변화시킨 PEEK/CS 복합체를 SBF속에 1일에서 1주일동안 침적시킨 후, 침적시키기 전과 후의 시편표면을 X선 회절 분석한 결과를 나타내었다.
도 1 내지 도 4를 보면 같이 순수한 PEEK만으로 성형한 성형체(10P0CS)를 SBF속에 침적한 결과를 보면, pH 7.25, 36.5℃의 SBF에 침적 후 일주일이 지나도 X선 회절 패턴에 변화가 없어 아파타이트가 생성되지 않음을 알 수 있다. 마찬가지로 1CS9P를 SBF에 침적 후 일주일이 지나도 X선 회절 패턴에 변화가 없어 아파타이트가 생성되지 않음을 알 수 있다. 한편 2CS8P를 SBF속에 침적한 시료의 X선 회절분석 결과인 도 4를 살펴보면, 1주일 침적 결과 아파타이트에 기인하는 X선 회절 패턴이 나타나고 있음을 알 수 있었다.
도 5 내지 도 9는 PEEK분말과 30CaO70SiO2분말을 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체의 주사전자 현미경 사진의 제 1실시예이다. 도 5 내지 도 9를 참조하면, PEEK분말과 30CaO70SiO2분말을 중량비로 0:100에서 50:50까지 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체를 유사체액(SBF)에 1일에서 1주일간 침적 후, 표면의 구조변화에 대한 주사전자 현미경 사진이다. 0CS10P의 경우 1주간의 SBF 침적에도 불구하고 표면에 아파타이트의 생성을 거의 관찰 할 수 없었다(도 5 참조).
반면, CS의 양이 증가한 2CS8P의 경우는 1주간의 SBF 침적 후, 시편표면에 매우 뚜렷히 아파타이트가 생성된 것을 알 수 있었다(도 7 참조). 한편 CS의 양을 50%까지 함유한 5CS5P의 경우는 1주간 SBF에 침적 후 매우 미세한 구형 아파타이트 분말이 시편 표면을 빼곡히 덮고 있음이 관찰되었다(도 9 참조).
한편 이런 구형의 아파타이트 입자는 도 1의 XRD 분석 결과로부터 결정화된 아파타이트임을 알 수 있다. 이 구형입자의 형태는 용융법으로 제조한 각종 생체활성 유리 및 결정화 유리를 의사체액 중에 침적하였을 때 그 표면에 형성되는 생체 뼈와 유사한 특성을 가지는 아파타이트 입자의 형태와 거의 유사하였다.
또한 SBF에 1주일 침적하였을 때에는 그 표면에 아파타이트를 형성하지 않았던 1CS9P 복합체도 일주일 후에는 인편상의 아파타이트 입자가 표면에 형성되어 있음을 볼 수 있다(도 6 참조). 그리고 PEEK/CS 복합체에서 CS의 양이 10%에서 50%로 증가함에 따라 아파타이트의 생성이 매우 촉진되고 미세하여지는 것을 알 수 있으며 이는 CS의 양을 조절함에 따라서 SBF 안에서 시편표면에 생성되는 아파타이트의 양을 조절할 수 있는 것을 보여준다.
또한, 도 8 및 도 9에서 SBF에 침적 후 1일만에 3CS3P와 5CS5P 시편의 표면에 아파타이트가 생성되는 양이 다름을 볼 수 있는데 이는, PEEK/CS의 조성변화로 아파타이트가 생성되는 시간을 조절할 수 있으며, 이는 실제 뼈에 매식하였을 시 뼈와 결합하는 시간을 조절할 수 있다는 것을 의미한다.
도 10 및 도 11은 PEEK분말과 30CaO70SiO2분말을 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체의 Ca와 P의 농도 변화 그래프이다. 도 10 및 도 11을 참조하면, PEEK분말과 30CaO70SiO2겔 분말을 중량비로 0:100에서 50:50로 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체를 유사체액(SBF)에 1일에서 2주간 침적 후, Ca 및 P의 이온 농도 변화를 관찰한 것이다. Ca의 이온 농도 관찰 결과를 살펴보면, 5P5CS 시편의 Ca 이온농도가 급격하게 증가하는 것을 볼 수 있는데, 이것은 CS에서 C의 이온을 방출하였기 때문이며 이는 아파타이트가 생성된 것을 의미하는 것이다(도 10 참조).
또한, 도 11의 경우 CS의 함량이 높아질수록 P의 이온 농도가 줄어드는 정도가 많아지는데, 이것은 아파타이트를 생성하기 위하여 SBF에서 P 이온을 사용하기 때문이며, 도 10 및 도 11의 결과로 아파타이트가 생성되었음을 알 수 있다.
실시예 4: PEEK / CS 의 기계강도 평가
곡강도(Bending strength) 측정기에서 0CS10P~5CS5P 조성, 각각 6개의 시편으로 곡강도를 측청한 결과를 표 4에 나타내었다. 각각의 데이터 들은 3점 곡강도 식에 의하여 계산되어졌으며 그 식은 아래와 같다.
Figure 112008031460859-pat00003
위의 식에서 S는 계산값으로 강도를 나타내며, P는 하중, L은 힘을 받는 하중점(pointer)의 거리이다. b는 파괴단면의 가로의 길이, d는 세로의 길이를 나타낸다.
표 4의 강도계산 결과를 살펴보면 변형률(Strain to failure)의 경우 2.73±0.08에서 0.53±0.06결과를 보이는데, 이는 뼈의 변형률인 1~3%와 크게 다르지 않으므로 모든 시편이 인공골로 사용가능함을 의미한다.
곡강도는 0CS10P에서 2CS8P까지의 곡강도는 증가하며, 3CS8P에서 5CS5P의 곡강도는 감소한다. 또한 영률에서도 역시 0CS10P에서 2CS8P까지의 곡강도는 증가하며, 3CS7P에서 5CS5P의 곡강도는 감소하므로, 2CS8P가 가장 좋은 곡강도와 영률을 지닌 것을 보아 본 발명에 따른 인공골용 생체활성 복합체로서 보다 적합함을 알 수 있다.
Figure 112008031460859-pat00004
*xCS(10-x)P=x30CaO70SiO2(10-x)PEEK, x=0~5
도 12는 PEEK분말과 30CaO70SiO2분말을 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체의 곡강도 변화 그래프이다. 도 12를 참조하면, PEEK분말과 30CaO70SiO2분말을 중량비로 0:100에서 50:50까지 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체를 유사체액(SBF)에 1주간 침적 후, 곡강도(Bending strength)를 침적 전과 침적 후로 나누어 비교한 것이다. 도 12에서 보듯이, SBF에 침적 전보다 침적 후 곡강률이 0.05미만으로 감소하였으므로 이는, PEEK/CS 복합체가 체내에 들어가서도 변화가 거의 없다는 것을 의미한다.
도 13 내지 도 18은 PEEK분말과 30CaO70SiO2분말을 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체의 전자주사 현미경 사진의 제2 실시예이다. 도 13 내지 도 18을 참조하면, PEEK분말과 30CaO70SiO2분말을 중량비로 0:100 내지 50:50로 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체를 Three-point bending test하여 균열된 표면을 전자주사 현미경으로 관찰한 것이다. Three-point bending test는 세 개의 지점에서 재료를 휘어서 견딜 수 있는 굽힘응력을 알아보는 것이다. 도 13의 0CS10P 시편에 비해 도 16의 3CS7P 시편의 균열된 표면에 CS입자가 증가한 것을 볼 수 있다. 이것은 PEEK/CS 복합체가 골절된 뼈를 보강하는 능력이 있음을 의미한다.
CaO-SiO2의 몰비는 30:70에 한정되지 않고, 25:75 ~ 35:65의 범위가 있을 수 있으나 본 발명에서는 그 중 30:70의 몰비를 가진 CaO-SiO2를 일실시예로 설명한 것이다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 본 발명에 따른 PEEK분말과 CS분말의 중량비에 따른 인공골용 생체활성 복합체의 침식전 XRD그래프,
도 2는 본 발명에 따른 PEEK분말과 CS분말의 중량비에 따른 인공골용 생체활성 복합체의 침적 1일 후 XRD그래프,
도 3은 본 발명에 따른 PEEK분말과 CS분말의 중량비에 따른 인공골용 생체활성 복합체의 침적 3일 후 XRD그래프,
도 4는 본 발명에 따른 PEEK분말과 CS분말의 중량비에 따른 인공골용 생체활성 복합체의 침적 7일 후 XRD그래프,
도 5는 PEEK분말과 30CaO70SiO2분말을 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체(0CS10P)의 주사전자 현미경 사진의 제 1실시예,
도 6은 PEEK분말과 30CaO70SiO2분말을 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체(1CS9P)의 주사전자 현미경 사진의 제 1실시예,
도 7은 PEEK분말과 30CaO70SiO2분말을 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체(2CS8P)의 주사전자 현미경 사진의 제 1실시예,
도 8은 PEEK분말과 30CaO70SiO2분말을 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체(3CS7P)의 주사전자 현미경 사진의 제 1실시예,
도 9는 PEEK분말과 30CaO70SiO2분말을 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체(5CS5P)의 주사전자 현미경 사진의 제 1실시예,
도 10은 PEEK분말과 30CaO70SiO2분말을 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체의 Ca의 농도 변화 그래프,
도 11은 PEEK분말과 30CaO70SiO2분말을 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체의 P의 농도 변화 그래프,
도 12는 PEEK분말과 30CaO70SiO2분말을 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체의 곡강도 변화 그래프,
도 13은 PEEK분말과 30CaO70SiO2분말을 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체(0CS10P)의 전자주사 현미경 사진의 제2 실시예,
도 14는 PEEK분말과 30CaO70SiO2분말을 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체(1CS9P)의 전자주사 현미경 사진의 제2 실시예,
도 15는 PEEK분말과 30CaO70SiO2분말을 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체(2CS8P)의 전자주사 현미경 사진의 제2 실시예,
도 16은 PEEK분말과 30CaO70SiO2분말을 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체(3CS7P)의 전자주사 현미경 사진의 제2 실시예,
도 17은 PEEK분말과 30CaO70SiO2분말을 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체(4CS6P)의 전자주사 현미경 사진의 제2 실시예,
도 18은 PEEK분말과 30CaO70SiO2분말을 혼합하여 제조한 인공골용 생체활성 복합체(5CS5P)의 전자주사 현미경 사진의 제2 실시예이다.

Claims (8)

  1. PEEK; 및
    상기 PEEK와 혼합하고, 아파타이트를 형성하기 위한 몰비가 30:70인 CaO-SiO2
    를 포함하는 PEEK와 CaO-SiO2를 이용한 인공골용 생체활성 복합체.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 PEEK와 CaO-SiO2는 0:100~50:50의 중량비로 혼합하는 PEEK와 CaO-SiO2를 이용한 인공골용 생체활성 복합체.
  4. 졸-겔(Sol-Gel)법을 이용하여 몰비가 30:70인 CaO-SiO2겔을 형성하는 제 1단계;
    상기 CaO-SiO2겔을 열처리하여 CaO-SiO2분말로 형성하는 제 2단계;
    상기 CaO-SiO2분말과 PEEK분말의 일정 비율을 혼합하여 압력으로 프레스하는 제 3단계; 및
    혼합된 상기 분말들을 열처리하는 제 4단계
    를 포함하는 PEEK와 CaO-SiO2를 이용한 인공골용 생체활성 복합체 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 PEEK분말과 CaO-SiO2분말은 0:100~50:50의 중량비로 혼합하는 PEEK와 CaO-SiO2를 이용한 인공골용 생체활성 복합체 제조방법.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1단계는 400℃~1000℃로 1시간 내지 3시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 PEEK와 CaO-SiO2를 이용한 인공골용 생체활성 복합체 제조 방법.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1단계의 졸-겔법(Sol-Gel)은 칼슘 니트레이트 테트라하이드레이트와 폴리에틸렌 글리콜 및 TEOS를 포함하는 수용액을 이용하는 PEEK와 CaO-SiO2를 이용한 인공골용 생체활성 복합체 제조 방법.
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