KR100977195B1 - 수산화 아파타이트 제조 방법 - Google Patents

수산화 아파타이트 제조 방법 Download PDF

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Abstract

다양한 입자 형상 및 크기를 갖는 수산화 아파타이트 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 칼슘염, 인산염, 우레아 및 젤라틴을 포함하는 혼합 수용액을 제공하는 단계; 상기 수용액의 pH를 3 ~ 13으로 조절하는 단계; 상기 수용액에 열을 가하여 수산화 아파타이트 침전물을 생성하는 단계; 및 상기 침전물을 건조하는 단계를 포함하는 수산화 아파타이트 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면 우레아 및 젤라틴 사용, 그리고 pH 조절에 따라, 다양한 용도에 부합되는 수산화 아파타이트의 입자 형상 및 크기를 포괄적으로 제어할 수 있다.
수산화 아파타이트, 휘스커, 침상, 판상, 구형

Description

수산화 아파타이트 제조 방법 {Method for manufacturing hydroxy apatite}
본 발명은 수산화 아파타이트 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 입자 형상 및 크기를 갖는 수산화 아파타이트 제조 방법에 관한 것이다.
수산화 아파타이트[Ca10(PO4)·(OH)2]는 인간 신체의 뼈를 구성하는 물질과 성분이 유사하기 때문에 인공뼈 임플란트 재료로 각광을 받고 있다. 또한 수산화 아파타이트는 생체용 세라믹스의 강화재, 골 결손부의 충진재, 중금속 이온의 교환체, 칼럼 크로마토그래피의 충진재, 단백질, 핵산 등의 생체 고분자 물질이나 아미노산 등의 흡착재, 항균 및 방취용 재료로서 매우 다양한 분야에 적용되고 있다.
이러한 수산화 아파타이트는 용도에 맞는 특성을 제공하기 위해 각 적용 분야별로 적합한 입자 형상 및 크기를 가질 것이 요구되고 있다.
예를 들어, 고강도 자기경화형 골 시멘트를 얻기 위해 골 시멘트 조성물에 휘스커 또는 섬유와 같은 구조적 아파타이트 보강재의 첨가가 매우 중요하다. 이러한 목적으로 수산화 아파타이트 휘스커에 대한 연구가 많이 진행되어지고 있다(미국특허 제5,227,147호, J. Am. Ceram. Soc., 84, 2, p 295, 2001).
과립형, 즉 구형의 수산화 아파타이트 입자는 표면적이 넓어 생체 흡수율을 높일 수 있기 때문에 골 충진재로 사용할 수 있고, 특히, 약물 담체 또는 금속 임플란트의 표면 코팅재로서의 바람직한 모델로 제시되고 있다(한국특허출원 제2003-0014133호, 한국특허등록 제10-0787526호, 미국특허 제6,558,703호).
판상 수산화 아파타이트 입자는 골 충진재 또는 플라스틱이나 고무 등의 보강용 재료 및 크로마토그래피에 적절한 흡착제로서 사용될 수 있고, 이러한 판상 수산화 아파타이트를 제조하는 방법을 제시한 예로는 일본특허공개 제2002-274821호 및 미국특허 제5,427,754호가 있다.
따라서, 다양한 용도에 부합되는 수산화 아파타이트의 입자 형상 및 크기를 제어하는 기술은 산업적으로 기술적으로 매우 중요하다. 그러나 대부분의 종래기술은 특정한 입자 형상의 수산화 아파타이트 입자를 제조하는 방법에만 국한되어 있고, 입자의 형상을 다양하게 제조할 수 있는 포괄적인 기술은 제한적이다.
휘스커 또는 침상의 수산화 아파타이트를 제조하기 위한 종래 방법은 수열합성법과 고상 반응법이 제시되어 있다. 수열합성법은 칼슘염과 인산염을 고온 및 고압 조건 하에 수열용매 중에서 반응시키는 것이고, 고상 반응법은 칼슘염과 인산염을 1000℃ 이상의 고온에서 반응시켜 제조하는 것이다.
한국특허출원 제2001-0076509호에는 수산화 아파타이트 분말을 합성하는 단계와 구연산, 젖산, EDTA와 같은 유기물과 수산화 아파타이트 분말을 혼합하는 단계 및 압력용기에서 수열 처리하는 단계를 지나야 휘스커형의 수산화 아파타이트 입자를 합성할 수 있음을 제시하였다. 그러나 이 방법은 미리 수산화 아파타이트 를 만든 후 수열처리를 해야 하기 때문에 공정의 단순화 측면에서 바람직하지 못하다. 미국특허 제6,228,339호는 먼저 침상의 베타-칼슘포스페이트(β-Ca(PO3)2) 분말에 산화칼슘 등의 원료를 혼합한 후 800℃ 내지 1200℃의 온도 범위에서 열처리하여 침상의 아파타이트 분말을 제조하는 방법을 제시하고 있다. 이러한 고상 반응법은 반응 후 혼합, 하소, 분쇄 등의 복잡한 후속 공정이 개입되어야 하므로 공업적으로 유리하지 못하다.
앞서 언급한 한국특허등록 제10-0787526호는 구형의 아파타이트 입자는 마이크로파를 조사한 합성공정을 이용하여 제조할 수 있음을 개시한다. pH에 따라서 70-90 nm 크기의 수산화 아파타이트, 알파-트리칼슘포스페이트(α-tricalcium phosphate), 베타-트리칼슘포스페이트(β-tricalcium phosphate) 구형 입자 등을 제조할 수 있음을 제시하였다. 미국특허 제4,836,994호, 미국특허 제5,858,318호 및 미국특허 제5,205,928호에 개시된 바와 같은 분무 건조법도 알려져 있다. 상기 방법들은 제조 공정 이외에 별도의 추가적인 열처리 공정이 필요하다.
판상의 아파타이트의 제조 방법으로는 수열 합성법이 주로 이용되고 있다. 미국특허 제5,427,754호는 1 ~ 200 Kgf/cm2의 압력 하에서 판상의 아파타이트 분말을 수열 합성하는 방법을 제시하고 있으며 일본특허공개 평10-45405호는 인산염과 칼슘염의 혼합 수용액에 지방산 아민 등의 아민계 화합물을 첨가하여 수열 합성함으로써 판상의 아파타이트를 제조하는 방법을 제시하고 있다.
이와 같이 종래의 기술은 휘스커, 구형, 판상 등의 각 형상의 아파타이트 입 자를 제조하기 위한 공정들이 서로 연관성 없이 매우 세분화되어 있고, 단일 공정에서 공정 변수에 따라 입자의 형상을 바꿀 수 있는 기술의 예는 제시되어 있지 못한 실정이다.
최근, 다양한 가스를 공급해 줌으로써 아파타이트 입자의 형상을 제어하는 기술이 제시되었다(한국특허등록 제10-0593262호). 이 방법은 매우 쉽게 아파타이트 입자의 형상을 제어할 수 있는 장점을 갖는 반면에 휘스커 형태 또는 구형의 아파타이트를 제조할 수 없는 한계가 있다.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다양한 입자 형상 및 크기를 갖는 수산화 아파타이트 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 수산화 아파타이트 제조 방법은, 칼슘염, 인산염, 우레아 및 젤라틴을 포함하는 혼합 수용액을 제공하는 단계; 상기 수용액의 pH를 3 ~ 13으로 조절하는 단계; 상기 수용액에 열을 가하여 수산화 아파타이트 침전물을 생성하는 단계; 및 상기 침전물을 건조하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 칼슘염과 인산염이 용해되어 있는 수용액에 우레아와 젤 라틴을 첨가한 후 pH를 조절해 중간 생성물을 바꾸고, 그에 따라서 최종적으로 얻어지는 수산화 아파타이트의 형상과 크기를 제어할 수 있다. 우레아와 젤라틴을 첨가함에 따라 간단히 pH를 조절해 줌으로써 휘스커 형태, 침상, 엽상(판상), 구형 등 다양한 형상 및 크기를 갖는 수산화 아파타이트 제조가 가능하다.
본 발명은 기존에 아파타이트 형상에 따라 공정 자체를 달리 하여야 했던 방식들과는 차별화된다. 본 발명은 하나의 공정 내에서 pH 조절을 통해 다양한 형상의 수산화 아파타이트를 얻을 수 있으며 형상의 제어는 총괄적으로 가능하다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 방법은 고상 반응법, 수열합성법 등 장치가 고가이고 소비 에너지가 커서 공업적으로 불리한 방법에 의하지 않고 매우 간단한 공정(수용성의 칼슘염과 인산염을 수용액 중에서 반응시키는 침전법)으로 진행될 수 있어 대량생산에 매우 적합하다.
본 발명의 방법에 따르면, pH 조절을 통해 간단히 특정 응용 분야에서 요구되는 사양에 맞는 물성을 갖는 수산화 아파타이트를 제공할 수 있게 된다. 이에 따라, 본 발명은 인체 이식용 고강도 아파타이트 복합체로서 요구되는 휘스커 형태 아파타이트 입자, 골 충진재 및 고무와 제지의 충진재로서 사용되기 위한 판상의 아파타이트 입자, 약물 담체 또는 금속 임플란트의 표면 코팅재로서의 구형 아파타이트 입자를 제공할 수 있다.
이하, 첨부 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으 며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 수산화 아파타이트(이후 HAp로 표기하기도 함) 제조 방법의 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 첫 번째 단계(S1)에서 칼슘염, 인산염, 우레아 및 젤라틴을 포함하는 혼합 수용액을 제공한다. 혼합 수용액은 칼슘염과 인산염이 혼합된 용액에 우레아와 젤라틴을 첨가함으로써 제공할 수 있다.
이 때, 수용액 중의 칼슘염의 농도는 10-3 ~ 1 M, 바람직하게 0.01 ~ 0.5M이 되도록 용해시키고 칼슘염과 인산염에 대한 Ca/P 몰비가 1 ~ 10이 되도록 인산염을 용해시킨다. 예컨대, 수산화 아파타이트의 제조시 상기 Ca/P의 화학량론적 몰비는 약 1.67이지만, 상기 몰비보다 크거나 작은 값을 갖는 수용액도 본 발명에서 사용 가능하다. Ca/P의 몰비가 1보다 작은 경우에는 건조된 분말에 인산일칼슘 등의 이차상이 잔류하며, 10보다 큰 경우에는 침전물에 칼슘염이 존재하여 순수한 아파타이트의 생성이 곤란하다.
칼슘염으로는 질산칼슘(Ca(NO3)2), 염화칼슘(CaCl2) 및 아세트산칼슘(Ca(CH3CO2)2)로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 염을 포함할 수 있다. 인산염으로는 인산(H3PO4), 제1인산나트륨(NaH2PO4), 제2인산나트륨(Na2HPO4), 제1인산칼 륨(KH2PO4), 제2인산칼륨(K2HPO4), 제1인산암모늄((NH4)H2PO4) 및 제2인산암모늄((NH4)2HPO4)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 염을 포함할 수 있다.
또한 수용액에 젤라틴(Sigma)의 농도를 10-3 ~ 1 M로 하여, 바람직하게 0.01 ~ 0.5M로 하여 용해시킨다. 또한 상기 수용액에 우레아를 2 × 10-3 ~ 2 M로, 바람직하게 0.02 ~ 1.0 M로 하여 용해시킨다.
젤라틴은 후술하는 단계(S3)에서 주효한 작용을 한다. 단계(S3)는 수산화 아파타이트를 생성하는 단계로서, 수산화 아파타이트와는 다른 상을 갖는 중간 반응물을 먼저 생성한 후에 이 중간 반응물로부터 수산화 아파타이트로 상전이시키는 단계를 포함할 수가 있다.
본 단계(S1)에서 혼합 수용액 중에 포함되는 젤라틴은 수산화 아파타이트가 생성되기 전단계인 전구체로서 중간 반응물인 인산칼슘화합물의 크기를 고르게 침전시키는 역할을 한다. 젤라틴이 1M보다 많아 그 함량이 너무 많으면 인산칼슘화합물 생성 수율이 낮고, 10-3M보다 작아 미량일 경우 균일한 크기의 인산칼슘화합물을 얻기 어렵다.
우레아도 후술하는 단계(S3)에서 주효한 작용을 한다. 우레아는 반응 온도가 70℃ 이상일 경우 다음의 반응식 1과 같이 물에 가수분해가 되어 pH를 높일 뿐 만 아니라 OH-기를 지속적으로 제공하여 중간 반응물로부터 수산화 아파타이트로의 상전이를 촉진시키는 역할을 한다.
(NH2)2CO+3H2O → 2NH4 ++2OH-+CO2
다음, 본 발명에서 두 번째 단계(S2)로 각종 유 · 무기산과 염기를 이용하여 상기 수용액 pH를 3 ~ 13으로 조절한다. 염산, 황산, 질산, 과염소산 등과 같은 무기산, 수산화나트륨 수용액과 같은 염기, 시트르산과 같은 유기산이 이용될 수 있다. 후술하는 바와 같이 pH에 따라서 초기 생성되는 중간 반응물 종류 및 그 형태가 달라지고, 그에 따라 이후 최종적으로 생성된 수산화 아파타이트의 형상과 입도가 결정된다.
본 발명에서 세 번째 단계(S3)로 상기 수용액에 열을 가하여, 예를 들어 30 ~ 200℃, 바람직하게는 70 ~ 95℃에서 반응시켜 침전물을 생성한다. 반응 온도가 30℃보다 낮으면 중간 반응물로부터 수산화 아파타이트로 상전이되는 시간이 길어져 대량생산에 문제점이 있고, 반응 온도가 200℃보다 높으면 수산화 아파타이트로 상전이되는 시간은 짧아지나 압력용기가 필요하기 때문에 이 또한 대량생산에 바람직하지 못하다. 특히 반응 온도가 약 70 ~ 95℃에서는 압력용기가 필요치 않고 간단한 용기에서 수산화 아파타이트 상전이 반응을 진행할 수 있으므로 바람직하다.
반응 시간은 2 시간에서 96 시간으로, 바람직하게는 2 시간에서 24 시간이 적절하다. 반응 시간이 너무 짧으면 순수한 수산화 아파타이트를 얻기 힘들고 너무 길면 공정의 효율성상 불리하다. 필요에 따라 수용액을 교반할 수도 있는데 반 응 과정 중 일부 구간(반응 초기)에서만 선택적으로 교반할 수도 있다.
상기 단계(S2)에서 조절된 pH에 따라서 본 단계(S3)에서는 중간 반응물로서 DCPA(Dicalcium phosphate anhydrate), OCP(Octacalcium phosphate), ACP (amorphous calcium phosphate) 등의 인산칼슘화합물이 먼저 생성된 다음 수산화 아파타이트로 상전이된다. 물론 처음부터 수산화 아파타이트로 생성이 되는 경우도 있다.
다음의 표 1은 0.02 M의 칼슘염 농도와 Ca/P비는 1, 0.02 M의 젤라틴, 그리고 0.04 M의 우레아를 용해시킨 수용액의 pH를 조절하여 반응 시간에 따른 초기 생성물(중간 반응물)과 최종 생성물(HAp) 및 그 형상을 정리한 것이다.
pH 조건 4.7 7.5 10 13
0hr 침전 없음 HAp(엽상) ACP(구형) ACP(침상)
2hr OCP(휘스커 형태) HAp HAp HAp
12hr OCP, HAp HAp HAp HAp
24hr HAp(휘스커 형태) HAp(엽상) HAp(침상) HAp(구형)
마지막 단계(S4)로 상기 단계(S3)에서 생성된 침전물을 여과 및 건조시켜 분말 형태의 수산화 아파타이트를 얻는다. 본 단계(S4)에서는 통상의 건조 방식, 즉 25 ~ 200℃의 온도 및 상압에서 건조할 수 있고 바람직하게는 동결 건조를 이용한다. 일반 건조는 물의 표면장력으로 인하여 입자간의 응집을 발생시킬 우려가 있고 침전물 내에 갇혀 있는 물 분자의 급격한 증발로 인하여 입자 구조가 손상될 우려가 있다. 동결 건조 방식은 입자의 응집을 억제할 수 있기 때문에 미세한 분말을 얻을 수 있다는 점에서 바람직하다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면 pH 조절에 따라 수산화 아파타이트를 휘스커, 침상, 엽상 및 구형 중 어느 하나의 형상을 가지도록 제조할 수가 있으며 그 형상의 제어는 기존 방법들 대비 총괄적이다. 즉, 형상에 따라 별개의 공정을 이용하는 것이 아니라, 하나의 공정 안에서 pH 조절을 하여 중간 반응물의 종류를 달리 하고 그것의 상전이로부터 다양한 형태의 수산화 아파타이트를 얻는 것이다. 앞의 표 1로 정리한 바와 같이 pH가 낮은 구간에서는 휘스커 형태가 얻어지며 pH가 높아질수록 엽상, 침상, 구형으로 그 형태가 달라진다. 이렇게 하나의 공정 내에서 휘스커, 엽상, 침상 및 구형 수산화 아파타이트가 얻어지는 기술은 본 발명 이전에 알려진 바가 없다. 이와 같이, 본 발명에 따르면 비교적 간단한 침전 공정에 의해 다양한 형태의 수산화 아파타이트를 제조할 수 있으므로 제조공정이 단순화되고 원가 절감이 가능해지며 대량생산에 보다 유리하다.
이하, 전술한 본 발명의 다양한 측면을 구체적인 실험예들을 통해 보다 상세히 설명한다. 다음의 실험예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니라, 본 발명을 구현하는 예시적인 것에 불과하다.
먼저 실험예1은 전술한 본 발명의 아파타이트 생성 메커니즘을 보여주는 실험예이다.
<실험예1 : pH 4.7에서 휘스커 형태의 수산화 아파타이트 제조>
Ca(NO3)2(10 mmol, 분말상)와 NaH2PO4(10 mmol, 분말상)을 500ml 증류수에 용해하고 젤라틴(10 mmol)과 우레아(20 mmol)를 용해시켜 혼합 수용액을 제조하였다. 그 후 질산(HNO3)을 이용하여 수용액의 pH를 4.7로 조절한 후에 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 90℃ 오븐에서 반응시켰다. 중간 반응물 및 최종 결과물에 대해 X 선 회절분석을 행하였으며, 형상 및 크기를 관찰하고자 주사전자현미경(SEM)으로 촬영하였다.
도 2a는 반응 시간에 따라서 생성되는 중간 반응물인 인산칼슘화합물과 최종적으로 생성된 수산화 아파타이트의 X선 회절패턴이다. 그래프에서 x축은 2θ 값이며 y축은 회절피크의 세기(intensity)이다. 도 2a를 보면, 반응 초기에는 OCP가 생성되고 시간이 진행됨에 따라서 수산화 아파타이트로 상전이되어 가는 과정을 볼 수 있다.
도 2b는 중간 반응물인 OCP의 SEM 사진이고, 도 2c는 최종적으로 얻어진 약 50 ~100 ㎛ 길이의 휘스커 형태 수산화 아파타이트의 SEM 사진이다.
본 실험예를 통해, 수용액 내에서 합성된 수산화 아파타이트 휘스커는 휘스커 형태의 OCP가 먼저 생성된 뒤 수산화 아파타이트로 상전이 석출됨을 확인할 수 있으며, 본 실험예에 따를 경우, 인체 이식용 고강도 아파타이트 복합체로서 요구되는 휘스커 형태 아파타이트 입자를 제공할 수 있다.
<실험예2 :pH 7.5에서 엽상의 수산화 아파타이트 제조>
전술한 실험예1과 동일한 조건으로 혼합 수용액을 제조한 후 암모니아를 이용하여 pH를 7.5로 조절하고, 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 90℃ 오븐에서 반응시켰다.
도 3a는 반응 시간에 따라서 생성되는 생성물의 X선 회절패턴이다. 도 3b와 도 3c는 반응 초기 침전물과 최종적으로 얻어진 수산화 아파타이트의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 3a 내지 도 3c로부터 알 수 있는 바와 같이, pH 7.5 조건에서는 반응 초기부터 엽상의 수산화 아파타이트가 생성되고 일정한 반응 시간이 지나도 엽상의 수산화 아파타이트가 계속 유지된다.
본 실험예에 의하면, 골 충진재 및 고무와 제지의 충진재로서 사용되기 위한 판상의 아파타이트 입자를 얻을 수 있다.
< 실험예3 : pH 10에서 구형의 ACP와 침상의 수산화 아파타이트 제조>
전술한 실험예1과 동일한 조건으로 혼합 수용액을 제조한 후 암모니아를 이용하여 pH를 10으로 조절하고, 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 90℃ 오븐에서 반응시켰다.
도 4a는 반응 시간에 따라서 생성되는 중간 반응물인 인산칼슘화합물과 최종적으로 생성된 수산화 아파타이트의 X선 회절패턴이다. 도 4b와 도 4c는 반응 초기 침전물과 최종적으로 얻어진 수산화 아파타이트의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
이들 도 4a 내지 도 4c로부터, 반응 초기에는 구형의 ACP가 생성되고 일정한 반응 시간이 지나면 길이 100 ~ 200 nm의 침상 수산화 아파타이트가 생성됨을 알 수 있다.
<실험예4 : pH 13에서 침상의 ACP와 구형의 수산화 아파타이트 제조>
전술한 실험예1과 동일한 조건으로 혼합 수용액을 제조한 후 수산화나트륨(NaOH)을 이용하여 pH를 13으로 조절하여 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 90℃ 오븐에서 반응시켰다.
도 5a는 반응 시간에 따라서 생성되는 중간 반응물인 인산칼슘화합물과 최종적으로 생성된 수산화 아파타이트의 X선 회절패턴이다. 도 5b와 도 5c는 반응 초기 침전물과 최종적으로 얻어진 수산화 아파타이트의 SEM 사진을 나타낸 것으로, 반응 초기에 침상의 ACP가 생성되고 일정한 반응 시간이 지나면 길이가 20 ~ 30nm인 구형의 수산화 아파타이트를 균일한 입도 분포로 얻을 수 있음을 알 수 있다.
본 실험예에 따르면, 약물 담체 또는 금속 임플란트의 표면 코팅재로서의 구형 아파타이트 입자를 제공할 수 있다. 특히 구형 입자의 크기가 나노미터 수준으로 얻어지기 때문에 나노미터 수준 내지 수 마이크로미터 수준의 입자 크기를 필요로 하는 의료 분야에서 사용되기에 매우 적합하다.
<실험예5 : 우레아 10 mmol을 첨가하여 휘스커 형태의 수산화 아파타이트 제조>
우레아 양을 제외하고는 전술한 실험예1과 동일한 조건으로 진행하였다. 즉, Ca(NO3)2(10 mmol, 분말상)와 NaH2PO4(10 mmol, 분말상)을 500ml 증류수에 용해하고 젤라틴(10 mmol)과 우레아(10 mmol)를 용해시켜 혼합 수용액을 제조한 후, HNO3를 이용하여 수용액의 pH를 4.7로 조절하였다. 그런 다음, 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 90℃ 오븐에서 반응시켰다.
도 6은 이렇게 하여 최종적으로 얻어진 수산화 아파타이트의 SEM 사진이다. 실험예 1과 마찬가지로, 약 50 ~ 100 ㎛ 길이의 휘스커 수산화 아파타이트를 얻을 수 있었다.
<비교예1 : 우레아를 첨가하지 않은 경우>
Ca(NO3)2(10 mmol, 분말상)와 NaH2PO4(10 mmol, 분말상)을 500ml 증류수에 용해하고 우레아는 첨가하지 않고 젤라틴(10 mmol)만 용해시켰다. HNO3를 이용하여 수용액의 pH를 4.7로 조절한 후에 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 90℃ 오븐에서 반응시켰다.
도 7은 최종적으로 얻어진 수산화 아파타이트의 SEM 사진이다. 이렇게 우레아를 첨가하지 않은 경우에는 무정형일 뿐만 아니라 침전된 분말이 극소량으로 우레아를 첨가하는 본 발명의 경우보다 수율이 현저하게 떨어졌다.
<비교예2: 젤라틴을 첨가하지 않은 경우>
Ca(NO3)2(10 mmol, 분말상)와 NaH2PO4(10 mmol, 분말상)을 500ml 증류수에 용해하고 젤라틴은 첨가하지 않고 우레아(20 mmol)만 용해시켜 혼합 수용액을 제조하였다. HNO3를 이용하여 수용액의 pH를 4.7로 조절한 후에 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 90℃ 오븐에서 반응시켰다.
도 8은 최종적으로 얻어진 수산화 아파타이트의 SEM 사진으로서, 전반적으로 무정형이고 젤라틴을 첨가하는 본 발명에 비하여 크기의 균일도가 매우 떨어짐을 알 수 있다.
<비교예3 : 우레아 및 젤라틴을 첨가하지 않은 경우>
Ca(NO3)2(10 mmol, 분말상)와 NaH2PO4(10 mmol, 분말상)을 500ml 증류수에 용해하고 우레아와 젤라틴은 첨가하지 않고 HNO3를 이용하여 수용액의 pH를 4.7로 조절한 후에 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 90℃ 오븐에서 반응시켰다.
도 9는 최종적으로 얻어진 수산화 아파타이트의 SEM 사진으로서, 매우 조대한 무정형의 입자가 생성되고 우레와와 젤라틴을 모두 첨가하는 본 발명에 비하여 크기의 균일도가 매우 떨어짐을 알 수 있다.
이상 비교예들로부터, pH 조절에 따라 휘스커, 엽상, 침상, 구형 등 원하는 형상의 수산화 아파타이트를 얻기 위해서는 본 발명에서와 같이 우레아와 젤라틴의 사용이 필수적이어야 함을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예 및 실험예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다. 본 발명의 예들은 예시적이고 비한정적으로 모든 관점에서 고려되었으며, 이는 그 안에 상세한 설명 보다는 첨부된 청구범위와, 그 청구범위의 균등 범위와 수단내의 모든 변형예에 의해 나타난 본 발명의 범주를 포함시키려는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 수산화 아파타이트 제조 방법의 순서도이다.
도 2a는 실험예1에 있어서 반응 시간에 따라서 생성되는 생성물의 X선 회절패턴이고, 도 2b는 중간 반응물인 OCP의 주사전자현미경(SEM) 사진이며, 도 2c는 최종적으로 얻어진 휘스커 형태 수산화 아파타이트 SEM 사진이다.
도 3a는 실험예2에 있어서 반응 시간에 따라서 생성되는 생성물의 X선 회절패턴이고, 도 3b는 반응초기 엽상의 수산화 아파타이트 SEM 사진이며, 도 3c는 최종적으로 얻어진 엽상의 수산화 아파타이트 SEM 사진이다.
도 4a는 실험예3에 있어서 반응 시간에 따라서 생성되는 생성물의 X선 회절패턴이고, 도 4b는 반응초기 구형의 ACP SEM 사진이며, 도 4c는 최종적으로 얻어진 침상 수산화 아파타이트 SEM 사진이다.
도 5a는 실험예4에 있어서 반응 시간에 따라서 생성되는 생성물의 X선 회절패턴이고, 도 5b는 반응초기 침상의 ACP SEM 사진이며, 도 5c는 최종적으로 얻어진 구형 수산화 아파타이트 SEM 사진이다.
도 6은 실험예5에 따라 최종적으로 얻어진 휘스커 형태 수산화 아파타이트 SEM 사진이다.
도 7은 비교예1에서와 같이 우레아를 첨가하지 않고 최종적으로 얻어진 수산화 아파타이트 SEM 사진이다.
도 8은 비교예2에서와 같이 젤라틴을 첨가하지 않고 최종적으로 얻어진 수산 화 아파타이트 SEM 사진이다.
도 9는 비교예3에서와 같이 우레아와 젤라틴을 모두 첨가하지 않고 최종적으로 얻어진 수산화 아파타이트 SEM 사진이다.

Claims (7)

  1. 칼슘염, 인산염, 우레아 및 젤라틴을 포함하는 혼합 수용액을 제공하는 단계;
    상기 수용액의 pH를 3 ~ 13으로 조절하는 단계;
    압력 용기를 사용하지 않고 상기 수용액을 70 ~ 95℃로 가열하여 수산화 아파타이트 침전물을 생성하는 단계; 및
    상기 침전물을 건조하는 단계를 포함하고,
    상기 pH 조절에 따라 상기 수산화 아파타이트는 휘스커, 침상, 엽상 및 구형 중 어느 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 수산화 아파타이트 제조 방법.는 수산화 아파타이트 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수산화 아파타이트 침전물을 생성하는 단계는,
    상기 수산화 아파타이트와는 다른 상을 갖는 중간 반응물을 생성하는 단계; 및
    상기 중간 반응물로부터 수산화 아파타이트로 상전이시키는 단계를 포함하며,
    상기 중간 반응물은 OCP(Octacalcium phosphate) 또는 ACP(amorphous calcium phosphate) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수산화 아파타이트 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 수용액 중의 칼슘염의 농도는 10-3 ~ 1 M이고, 칼슘염과 인산염에 대한 Ca/P 몰비가 1 ~ 10이 되도록 인산염을 용해시키는 것을 특징으로 하는 수산화 아파타이트 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 칼슘염은 질산칼슘(Ca(NO3)2), 염화칼슘(CaCl2) 및 아세트산칼슘(Ca(CH3CO2)2)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 염을 포함하는 것을 특징으로 하는 수산화 아파타이트 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 인산염은 인산(H3PO4), 제1인산나트륨(NaH2PO4), 제2인산나트륨(Na2HPO4), 제1인산칼륨(KH2PO4), 제2인산칼륨(K2HPO4), 제1인산암모늄((NH4)H2PO4) 및 제2인산암모늄((NH4)2HPO4)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 염을 포함하는 것을 특징으로 하는 수산화 아파타이트 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 수용액 중의 젤라틴의 농도는 10-3 ~ 1 M이고, 우레아의 농도는 2 × 10-3 ~ 2 M로 하는 것을 특징으로 하는 수산화 아파타이트 제조 방 법.
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