KR100983019B1 - Organic-inorganic hybrid complex, method for preparing the organic-inorganic hybrid complex, and artificial hard tissue comprising the same - Google Patents

Organic-inorganic hybrid complex, method for preparing the organic-inorganic hybrid complex, and artificial hard tissue comprising the same Download PDF

Info

Publication number
KR100983019B1
KR100983019B1 KR1020080023684A KR20080023684A KR100983019B1 KR 100983019 B1 KR100983019 B1 KR 100983019B1 KR 1020080023684 A KR1020080023684 A KR 1020080023684A KR 20080023684 A KR20080023684 A KR 20080023684A KR 100983019 B1 KR100983019 B1 KR 100983019B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
organic
inorganic hybrid
hybrid composite
polyester
polyester ionomer
Prior art date
Application number
KR1020080023684A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20090098354A (en
Inventor
임정섭
김종훈
정성훈
임승순
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020080023684A priority Critical patent/KR100983019B1/en
Publication of KR20090098354A publication Critical patent/KR20090098354A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100983019B1 publication Critical patent/KR100983019B1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/28Bones
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/02Inorganic materials
    • A61L27/12Phosphorus-containing materials, e.g. apatite
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14Macromolecular materials
    • A61L27/18Macromolecular materials obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/40Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
    • A61L27/44Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix
    • A61L27/46Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix with phosphorus-containing inorganic fillers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L67/00Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L67/02Polyesters derived from dicarboxylic acids and dihydroxy compounds

Abstract

유무기 하이브리드 복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 인공 경조직이 제공된다.An organic-inorganic hybrid composite, a method for preparing the same, and an artificial hard tissue including the same are provided.

본 발명에 따른 유무기 하이브리드 복합체의 제조방법은 음이온 함유 폴리에스테르 이오노머를 칼슘 및 인산을 포함하는 유사 생체 용액에 접촉시키는 단계를 포함하며, 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 복합체의 제조방법은 복잡한 다단계 구성없이 상대적으로 단순한 공정에 의하여 유무기 하이브리드 복합체를 제조할 수 있다. 더 나아가, 본 발명에 따라 제조된 유무기 하이브리드 복합체에서 폴리에스테르 상에 적층된 수산화 아파타이트는 폴리에스테르와 효과적으로 결합, 성장된 결정구조를 가지므로 생체 내에서 우수한 활성을 나타냄과 동시에 우수한 물성을 가질 수 있다.The method for preparing an organic-inorganic hybrid composite according to the present invention includes contacting an anion-containing polyester ionomer with a similar biological solution containing calcium and phosphoric acid, and the method for preparing an organic-inorganic hybrid composite according to the present invention has a complicated multi-step configuration. The organic-inorganic hybrid composite can be prepared by a relatively simple process without. Furthermore, in the organic-inorganic hybrid composite prepared according to the present invention, the hydroxide apatite laminated on the polyester has a crystal structure that is effectively bonded and grown with the polyester, thereby exhibiting excellent activity in vivo and excellent physical properties. have.

Description

유무기 하이브리드 복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 인공 경조직{ORGANIC-INORGANIC HYBRID COMPLEX, METHOD FOR PREPARING THE ORGANIC-INORGANIC HYBRID COMPLEX, AND ARTIFICIAL HARD TISSUE COMPRISING THE SAME}ORGANIC-INORGANIC HYBRID COMPLEX, METHOD FOR PREPARING THE ORGANIC-INORGANIC HYBRID COMPLEX, AND ARTIFICIAL HARD TISSUE COMPRISING THE SAME}

본 발명은 유무기 하이브리드 복합체, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 인공 경조직에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인체의 경조직과 유사한 특성을 나타내는 유무기 하이브리드 복합체, 이를 경제적으로 제조할 수 있는 제조방법 및 이를 포함하는 인공 경조직에 관한 것이다.  The present invention relates to an organic-inorganic hybrid complex, a method for manufacturing the same, and an artificial hard tissue including the same, and more particularly, to an organic-inorganic hybrid complex exhibiting properties similar to hard tissues of a human body, a manufacturing method capable of economically manufacturing the same, and the same. It relates to an artificial hard tissue containing.

인체의 뼈, 치아, 관절 등의 경조직(hard tissue)과 유사하고, 생물학적인 거부반응이 없을 뿐만 아니라 화학적, 기계적으로도 무리 없이 사용될 수 있는 인공조직에 대한 연구가 지금까지 계속 이어져 오고 있다. Research into artificial tissues that are similar to hard tissues such as bones, teeth, and joints of the human body, and which can be used chemically and mechanically as well as without biological rejection has been continued.

그 이력은 제일 처음에는 스테인레스 강 또는 크롬-코발트 강 등의 기계적 성질이 우수한 금속재료에서 시작되었다. 그러나 단순히 기계적 성질이 우수한 금속재료는 부식성이 강한 인체 내의 체액으로 인해 금속표면이 점차로 부식됨에 따라 금속이온이 용출되고 이 금속 이온이 체내 각 기관에 퍼져 염증을 일으키거나 암을 발생시키는 등의 문제점이 있었다. The history first began with metallic materials with good mechanical properties, such as stainless steel or chromium-cobalt steel. However, metal materials with excellent mechanical properties have problems such as metal ions eluting as metal surfaces are gradually corroded by body fluids in the corrosive body, and these metal ions spread to various organs in the body to cause inflammation or cancer. there was.

또한, 생체와 친화성이 없어 금속 표면에 섬유성 피막과 같은 생체이물반응이 발생하게 되고 주위 뼈와 결합하지 못하고 오히려 주위 뼈를 파괴하기 때문에 일정기간이 경과한 후에는 반드시 재수술을 받아야 하는 문제점이 있었다.In addition, since there is no affinity with living organisms, a biological foreign body reaction such as a fibrous coating occurs on the surface of the metal and does not bind with surrounding bones, but rather destroys the surrounding bones. there was.

이러한 금속재료의 문제점을 해결하기 위해 세라믹에 대한 연구가 진행되었으며, 세라믹 중 기계적 특성이 우수한 구조 세라믹에 해당하는 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2)가 주로 많이 연구되었다. 그러나, 이러한 세라믹은 금속재료와 같은 부식의 문제는 없지만, 뼈와 직접 결합하지 못하고 계면에서 섬유성 피막이 형성되는 새로운 문제점이 남아 있다.In order to solve the problems of the metal material, a study on ceramics was conducted, and alumina (Al 2 O 3 ) and zirconia (ZrO 2 ), which are structural ceramics having excellent mechanical properties, were mainly studied. However, these ceramics do not have the same problem of corrosion as the metal material, but there is a new problem that a fibrous coating is formed at the interface without directly bonding with bones.

한편, 뼈와 직접 결합하는 생체 세라믹이 개발되었는데, 산화칼슘-실리카(CaO-SiO2)계 생체활성유리 및 결정화유리, 뼈의 무기성분인 아파타이트를 포함한 인산칼슘화합물이 여기에 해당된다. 이러한 물질들은 계면에서 뼈와 직접 결합하고 염증반응이나 생체이물반응이 일어나지 않으나, 기계적 강도가 낮고 파괴인성(fracture toughness)이 나쁘기 때문에 그 자체로는 높은 응력이 요구되는 부위 즉, 치아나 고관절 등의 높은 기계적 강도와 파괴인성을 요구하는 인공 뼈 재료로는 부적합한 면이 있다. 그래서 아파타이트 자체로는 귓속뼈 등과 같은 높은 기계적 강도를 요구하지 않는 부위에 제한적으로 사용되고 있다. 또한, 금속 대신 아파타이트-월라스토나이트(CaOSiO2)결정화유리(A/W 결정화 유리)를 사용하는 방법이 제안된 바 있으나, 아파타이트 소결체보다 기계적 강도가 약간 높지만 여전히 전체적인 기계적 강도가 불충분하여 널리 쓰이지는 않는다.On the other hand, a bio-ceramic that bonds directly with bone has been developed, such as calcium phosphate compounds including calcium oxide-silica (CaO-SiO 2 ) -based bioactive glass and crystallized glass, apatite, an inorganic component of bone. These materials bind directly to bones at the interface and do not cause inflammatory reactions or foreign body reactions, but because of their low mechanical strength and poor fracture toughness, these materials themselves require high stresses such as teeth and hip joints. Artificial bone materials that require high mechanical strength and fracture toughness are inadequate. Therefore, the apatite itself is used in a limited area that does not require high mechanical strength, such as the ear bones. In addition, a method of using apatite-wollastonite (CaOSiO 2 ) crystallized glass (A / W crystallized glass) instead of metal has been proposed, but the mechanical strength is slightly higher than that of the apatite sintered body, but the overall mechanical strength is still insufficient, so it is widely used. Do not.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 비교적 최근에는 금속재료에 생체활성 세라믹을 코팅하여 금속의 단점을 극복하려는 시도도 있다. 즉 금속의 기계적 강도와 파괴인성을 가지면서, 아파타이트의 생체 친화성 및 생체활성 특성을 이용하는 방법이다. 그러나, 세라믹 코팅층과 금속재료 사이의 계면 접착 강도가 낮아 체내 이식시 코팅층이 반복된 하중을 견디지 못하고 박리되는 단점이 알려져 있고, 이러한 코팅층의 박리는 후속적으로 염증반응 및 조직의 괴사를 유발하므로 반드시 억제되어야 한다. In order to solve the above problems, relatively recent attempts have been made to overcome the shortcomings of metals by coating bioactive ceramics on metallic materials. That is, it is a method of utilizing the biocompatibility and bioactivity characteristics of apatite while having mechanical strength and fracture toughness of the metal. However, there is a known disadvantage that the adhesion strength between the ceramic coating layer and the metal material is low so that the coating layer does not withstand repeated loads when implanted in the body, and the peeling of the coating layer subsequently causes inflammatory reactions and tissue necrosis. It must be restrained.

상기의 금속 재료와 아파타이트 코팅층 사이의 기계적, 열적 특성의 차이로 인한 박리의 문제점을 해결하기 위한 시도로 세라믹 기판 위에 아파타이트를 코팅하는 방법이 활발하게 제안되고 있는데, 그 구체적인 예를 살펴보면, 미국 특허 제5,077,079호는 세라믹 표면에 이인산일칼슘(calcium metaphosphate, CaP2O6)을 단독으로 또는 일인산칼슘(calcium pyrophosphate, Ca2P2O7)과 혼합하여 코팅하고, 이를 열처리하여 세라믹 기판과 융착시켜 중간층을 형성한 다음 그 위에 이인산일칼슘과 인산삼칼슘(tricalcium phosphate(TCP), Ca3(PO4)2)을 혼합한 슬러리를 코팅하고 이를 열처리하여 치밀한 코팅을 형성시키는 방법에 관하여 개시하고 있다. In an attempt to solve the problem of peeling due to the difference in mechanical and thermal properties between the metal material and the apatite coating layer, a method of coating apatite on a ceramic substrate is actively proposed. No. 5,077,079 is coated on the ceramic surface alone or mixed with calcium metaphosphate (CaP 2 O 6 ) or mixed with calcium pyrophosphate (Ca 2 P 2 O 7 ) and heat-treated to fuse the ceramic substrate. To form an intermediate layer, and then to coat a slurry containing a mixture of dicalcium phosphate and tricalcium phosphate (TCP, Ca 3 (PO 4 ) 2 ) and heat-treat it to form a dense coating. Doing.

또한, 미국 특허 제5,472,734호는 알루미나 세라믹 기판에 칼슘염을 코팅하고 이를 인산염을 포함하는 인산용액에 침적하여 아파타이트로 변성하는 방법으로 아파타이트를 코팅하는 것이고, 대한민국 공개특허 제2000-18897호는 수산화 아파타이트 박막코팅방법에 관한 것으로서, 전자총 및 이온총이 구비된 챔버 내에 칼슘 계 화합물이 첨가된 수산화아파타이트 및 그 수산화 아파타이트가 코팅될 재료를 각각 설치한 다음 챔버 내를 진공화시킨 후 이온총으로 재료 표면에 이온을 주사하여 그 재료 표면층의 산화막을 제거하고 전자총으로 수산화 아파타이트에 전자빔을 주사하여 수산화 아파타이트가 증발되면서 재료 표면에 증착되는 것을 특징으로 한다.In addition, US Pat. No. 5,472,734 describes coating apatite by coating calcium salt on an alumina ceramic substrate and depositing it in a phosphate solution containing phosphate and modifying it into apatite, and Korean Patent Application Publication No. 2000-18897 discloses apatite hydroxide. A thin film coating method, comprising: installing apatite hydroxide added with calcium-based compound and a material to be coated with hydroxide apatite in a chamber equipped with an electron gun and an ion gun, and evacuating the chamber, and then vacuuming the inside of the chamber with an ion gun. It is characterized in that the ion film is removed to remove the oxide film of the material surface layer, and the electron beam is injected into the apatite hydroxide with an electron gun to deposit it on the material surface while the hydroxide apatite is evaporated.

또한, 지르코니아나 알루미나와 같은 세라믹 재료 위에 아파타이트를 코팅하는 방법이 대한민국 특허공보 제10-424,910호에 개시되어 있다. 상기 특허는 생체활성 세라믹의 코팅방법에 관한 것으로서, 특히 인공생체재료로 사용되는 생체활성 세라믹 분말을 결합제와 함께 용매에 분산시켜 슬러리를 형성시킨 후 산화물 세라믹 기판 위에 코팅하는 코팅방법 및 상기의 코팅방법을 이용한 인공치아 또는 골이식재에 관한 것이다.In addition, a method of coating apatite on a ceramic material such as zirconia or alumina is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-424,910. The patent relates to a coating method of a bioactive ceramic, in particular, a bioactive ceramic powder, which is used as an artificial biomaterial, is dispersed in a solvent with a binder to form a slurry and then coated on an oxide ceramic substrate, and the coating method described above. It relates to an artificial tooth or bone graft material.

또, 대한민국 공개공보 제10-2004-1325호에는 수산화 아파타이트의 수산화 이온을 불소이온으로 치환함으로써 수산화 아파타이트와 2차상 사이의 반응을 억제하는 방법이 소개되어 있는데 보다 구체적으로는 소결을 하더라도 아파타이트의 탈수 및 분해가 일어나지 않게 하여 원하지 않는 물질들 즉, 인산삼칼슘, 인산사칼슘, 칼슘 산화물 등이 형성되는 것을 막아 궁극적으로는 아파타이트 복합체의 생체적 기계적 물성이 나빠지는 것을 예방하는 방법에 관한 것이었다. In addition, Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2004-1325 discloses a method of suppressing a reaction between apatite hydroxide and a secondary phase by substituting hydroxide ions of apatite hydroxide with fluorine ions. And preventing the decomposition of unwanted substances such as tricalcium phosphate, tetracalcium phosphate, calcium oxide, etc., and ultimately preventing the deterioration of the biomechanical properties of the apatite complex.

또, 일본국 특공평 제6-60069호는 아파타이트 코팅 복합재료 및 그 제조방법을 다루고 있는데, 보다 구체적으로는 메타 인산칼슘과 인산사칼슘을 혼합하여 슬러리 상태로 만들어 도포하고, 수증기를 충분히 통해준 후 고온 열처리하면 수산화 아파타이트와 함께 β-TCP가 생성되고 이를 통해 보다 치밀한 코팅층을 얻도록 하는 아파타이트 코팅 복합재료 및 그 제조방법에 관한 것이었다. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-60069 deals with apatite-coated composite materials and a method of manufacturing the same, and more specifically, mixed meta calcium phosphate and tetracalcium phosphate to make a slurry and apply it through water vapor. After the high temperature heat treatment was to be related to the apatite coating composite material and the method for producing a β-TCP with the hydroxide apatite to thereby obtain a more dense coating layer.

그러나 상기에서 설명한 방법들은 소결이나 복잡한 열처리 등이 모두 요구되므로, 제조 공정이 복잡하고 비 경제적이라는 단점이 있다. 또한 상기 공정들은 모두 100% 아파타이트 코팅층을 형성하기 어려운 단점이 있었다.However, the above-described methods require both sintering and complex heat treatment, and thus have disadvantages in that the manufacturing process is complicated and inexpensive. In addition, all of the above processes have a disadvantage in that it is difficult to form a 100% apatite coating layer.

본 발명의 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 보다 간단하고 효과적인 방법으로 인공 경조직으로서 우수한 특성을 나타내는 유무기 하이브리드 복합체를 제조할 수 있는 유무기 하이브리드 복합체를 제공하는 데 있다.The first problem to be solved by the present invention is to provide an organic-inorganic hybrid composite that can produce an organic-inorganic hybrid composite exhibiting excellent properties as artificial hard tissue in a simpler and more effective way.

본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 인공 경조직으로 사용되는 경우 우수한 특성을 나타내는 유무기 하이브리드 복합체를 제공하는 데 있다.The second problem to be solved by the present invention is to provide an organic-inorganic hybrid complex exhibiting excellent properties when used as an artificial hard tissue.

본 발명이 해결하고자 하는 세 번째 과제는 생체 내에서 우수한 특성을 나타내는 인공 경조직을 제공하는 데 있다.The third problem to be solved by the present invention is to provide an artificial hard tissue exhibiting excellent properties in vivo.

상기 첫 번째 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 음이온 함유 폴리에스테르 이오노머를 칼슘 및 인산을 포함하는 유사 생체 용액에 접촉시키는 단계를 포함하는 유무기 하이브리드 복합체의 제조방법을 제공하며, 상기 음이온은 술폰산 또는 카르복시산 음이온일 수 있다. 또한 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 복합체의 제조방법은 상기 접촉 후 상기 폴리에스테르 이오노머와 상기 유사 생체 용액의 접촉 상태를 200 내지 400시간 동안 유지시키는 단계를 더 포함하며, 이때 상기 유사 생체 용액은 유무기 하이브리드 복합체의 제조공정 중 30 내지 40℃의 온도를 유지한다.In order to solve the first problem, the present invention provides a method for preparing an organic-inorganic hybrid composite comprising the step of contacting an anion-containing polyester ionomer to a similar biological solution containing calcium and phosphoric acid, the anion is sulfonic acid or carboxylic acid It may be an anion. In addition, the manufacturing method of the organic-inorganic hybrid composite according to the present invention further comprises the step of maintaining the contact state of the polyester ionomer and the analogous biological solution after the contact for 200 to 400 hours, wherein the analogous biological solution is organic-inorganic Maintain a temperature of 30 to 40 ℃ during the manufacturing process of the hybrid composite.

본 발명의 일 실시예는 하기 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 단량체를 포함하는 폴리에스테르 이오노머를 제공하며, One embodiment of the present invention provides a polyester ionomer comprising a monomer represented by the following formula (1) and (2),

Figure 112008018587911-pat00001
Figure 112008018587911-pat00001

Figure 112008018587911-pat00002
Figure 112008018587911-pat00002

상기 식 1 및 2에서, In the above formula 1 and 2,

R1은 술폰산 또는 카르복시산 음이온, R2는 탄소수 2 내지 4의 알킬렌이거나, 또는 수평균 분자량 200~2000인 폴리옥시알킬렌이고, 여기에서 상기 폴리옥시알킬렌의 알킬렌은 탄소수 2 내지 4의 알킬렌을 포함하며, m은 1 내지 3의 정수이고,n은 2 내지 4의 정수이다. 또한 본 발명의 일 실시예에서 상기 화학식 1로 표시되는 단량체와 상기 화학식 2로 표시되는 단량체의 몰 비는 1.0:99.0 내지 5.0: 95.0이며, 상기 유사 생체 용액은 NaCl 1 내지 5 M, KCl 0.01 내지 0.1 M, CaCl2 0.01 내지 0.1M, MgCl2 0.01 내지 0.1 M, NaHCO3 0.01 내지 0.15 M, K2HPO4 0.005 내지0.05 M, Na2SO4 0.005 내지0.05 M, (CH2OH)3CNH2 0.1 내지 1 M, 및 HCl 0.01 내지 0.5 M을 포함할 수 있다.R 1 is a sulfonic acid or carboxylic acid anion, R 2 is alkylene having 2 to 4 carbon atoms or polyoxyalkylene having a number average molecular weight of 200 to 2000, wherein the alkylene of the polyoxyalkylene is 2 to 4 carbon atoms. Alkylene, m is an integer from 1 to 3, n is an integer from 2 to 4. In addition, in one embodiment of the present invention, the molar ratio of the monomer represented by Formula 1 and the monomer represented by Formula 2 is 1.0: 99.0 to 5.0: 95.0, and the analogous biological solution is NaCl 1 to 5 M, KCl to 0.01 to 0.1 M, CaCl 2 0.01-0.1 M, MgCl 2 0.01-0.1 M, NaHCO 3 0.01-0.15 M, K 2 HPO 4 0.005-0.05 M, Na 2 SO 4 0.005-0.05 M, (CH 2 OH) 3 CNH 2 0.1 to 1 M, and 0.01 to 0.5 M HCl.

상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 음이온을 함유하는 폴리에스테르 이오노머 및 수산화 아파타이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 복합체를 제공하며, 상기 음이온은 술폰산 또는 카르복시산 음이온일 수 있다.In order to solve the second problem, the present invention provides an organic-inorganic hybrid composite comprising a polyester ionomer and an hydroxide apatite containing anion, wherein the anion may be a sulfonic acid or a carboxylic acid anion.

본 발명의 일 실시예는 상기 화학식 1 및 2로 표시되는 단량체를 포함하는 폴리에스테르 이오노머를 제공하며, 이때 상기 화학식 1의 단량체와 상기 화학식 2의 단량체의 몰 비는 1.0:99.0 내지 5.0: 95.0이다.One embodiment of the present invention provides a polyester ionomer comprising a monomer represented by Formula 1 and 2, wherein the molar ratio of the monomer of Formula 1 and the monomer of Formula 2 is 1.0: 99.0 to 5.0: 95.0 .

또한 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 복합체는 상기 폴리에스테르 표면상에 수산화 아파타이트가 적층된 구조를 가진다.In addition, the organic-inorganic hybrid composite according to the present invention has a structure in which the hydroxide apatite is laminated on the polyester surface.

상기 세 번째 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 상술한 유무기 하이브리드 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 경조직을 제공하며, 상기 인공 경조직은 인공 관절, 인공 뼈, 또는 인공 치근일 수 있다.In order to solve the third problem, the present invention provides an artificial hard tissue comprising the aforementioned organic-inorganic hybrid complex, wherein the artificial hard tissue may be an artificial joint, an artificial bone, or an artificial root.

본 발명에 따른 유무기 하이브리드 복합체의 제조방법은 복잡한 다단계 구성없이 상대적으로 단순한 공정에 의하여 유무기 하이브리드 복합체를 제조할 수 있다. 더 나아가, 본 발명에 따라 제조된 유무기 하이브리드 복합체에서 폴리에스테르 상에 적층된 수산화 아파타이트는 폴리에스테르와 효과적으로 결합, 성장된 결정구조를 가지므로 생체 내에서 우수한 활성을 나타냄과 동시에 우수한 물성을 가질 수 있다.The organic-inorganic hybrid composite manufacturing method according to the present invention can be produced by a relatively simple process without a complex multi-step configuration. Furthermore, in the organic-inorganic hybrid composite prepared according to the present invention, the hydroxide apatite laminated on the polyester has a crystal structure that is effectively bonded and grown with the polyester, thereby exhibiting excellent activity in vivo and excellent physical properties. have.

상기 첫 번째 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 음이온 함유 폴리에스테르 이오노머를 칼슘 및 인산을 포함하는 유사 생체 용액에 접촉시키는 단계를 포함하는 유무기 하이브리드 복합체의 제조방법을 제공한다.In order to solve the first problem, the present invention provides a method for preparing an organic-inorganic hybrid composite comprising contacting an anion-containing polyester ionomer with a similar biological solution containing calcium and phosphoric acid.

본 발명에서는 폴리에스테르 내에 수산화 아파타이트(Ca10(PO4)6(OH)2의 결정을 생장시킬 수 있는 음이온, 특히 술폰산 또는 카르복시산과 같은 음이온을 폴리에스테르에 도입함으로써 접촉용액에 함유된 칼슘과의 결합, 특히 이온결합을 유도하였다. 그 결과 폴리에스테르의 음이온과 결합한 칼슘은 시간 경과에 따라 인산 음이온(PO43 -)과 반응, 결합하여 수산화 아파타이트를 상기 폴리에스테르 이오노머의 표면상에 자가 성장시킬 수 있다는 놀라운 사실을 발견하였고, 이에 기초하여 본 발명에 이르게 되었다. 따라서 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 복합체 제조방법에 의하여 제조된 복합체는 생체 내의 우수한 활성을 나타내지만 물리적 특성이 떨어지는 수산화 아파타이트와 이러한 수산화 아파타이트가 가지는 단점을 보충하기 위한 폴리에스테르를 매우 효과적인 방법으로 결합(이온결합)시킨 구조를 가지며, 더 나아가, 생체 모방 방법에 따라 제조되므로 생체 내에서 장시간 사용하는 경우에 매우 안정하다는 장점을 갖는다. 또한 매우 복잡하고 비 경제적인 종래의 방법과 달리 본 발명에 따른 유무기 복합체 제조방법은 용액에 폴리에스테르를 접촉시키는 단순한 방법에 의하여 우수한 물성의 유무기 하이브리드 복합체를 제조할 수 있다는 장점이 있다.In the present invention, an anion capable of growing crystals of apatite hydroxide (Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2 ) in the polyester, in particular an anion such as sulfonic acid or carboxylic acid, is introduced into the polyester, thereby binding to calcium contained in the contact solution. , especially the ion binding is derived as a result polyanion combined with calcium in the ester is phosphate anion (PO4 3 -) with the lapse of time could be self-grown on the surface of the polyester ionomer hydroxide apatite in combination with reactions that As a result, the present invention has been found to be surprising, and thus, the present invention provides a composite prepared by the organic-inorganic hybrid composite manufacturing method according to the present invention. To the poly to compensate for the disadvantages It has a structure in which steers are bonded (ionically bonded) in a very effective manner, and furthermore, they are manufactured according to a biomimetic method, and thus are very stable when used for a long time in vivo. Unlike the method of the organic-inorganic composite manufacturing method according to the present invention has the advantage that can be prepared an organic-inorganic hybrid composite of excellent properties by a simple method of contacting the polyester to the solution.

본 발명에 따른 유무기 복합체 제조방법은 상기 유사 생체 용액과 폴리에스테르 이오노머의 접촉상태를 200 내지 400시간 유지시키는 단계를 더 포함하며, 만약 상기 시간보다 짧은 경우 수산화 아파타이트의 충분한 결정성장을 달성하기 어렵고 상기 시간보다 긴 경우 비경제적이다. 하지만, 용액 조성이나 원하는 생산량 등에 따라 상기 접촉 시간은 변경될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.The organic-inorganic composite manufacturing method according to the invention further comprises the step of maintaining the contact state of the analogous biological solution and the polyester ionomer 200 to 400 hours, if it is shorter than the time it is difficult to achieve a sufficient crystal growth of apatite hydroxide If it is longer than this time, it is uneconomical. However, the contact time may be changed depending on the solution composition or the desired production amount, which is also within the scope of the present invention.

본 발명의 일 실시예에서 상기 폴리에스테르 이오노머는 상기 화학식 1 및 2로 표시되는 단량체를 포함하는 공중합체이며, 상기 화학식 1은 상술한 바와 같이 칼슘과의 이온결합이 가능한 음이온 구조, 바람직하게는 술폰산 또는 카르복시산의 음이온을 함유한다. 하지만, 본 발명의 범위는 상기 술폰산이나 카르복시산 음이온에 한정되지 않으며, 칼슘과 결합하여 수산화 아파타이트의 결정 성장 환경을 제공할 수 있는 어떠한 음이온도 모두 본 발명의 범위에 속한다.In one embodiment of the present invention, the polyester ionomer is a copolymer including the monomers represented by Formulas 1 and 2, wherein Formula 1 is an anionic structure capable of ionic bonding with calcium as described above, preferably sulfonic acid Or anions of carboxylic acids. However, the scope of the present invention is not limited to the sulfonic acid or carboxylic acid anion, and any anion that can combine with calcium to provide a crystal growth environment of hydroxide apatite falls within the scope of the present invention.

본 발명에 따른 상기 폴리에스테르 이오노머에서 상기 화학식 1로 표시되는 단량체와 상기 화학식 2로 표시되는 단량체의 몰 비는 1.0 : 99.0 내지 5.0: 95.0가 바람직한데, 만약 음이온을 함유하는 상기 화학식 1의 단량체가 상기 범위보다 적은 경우 수산화 아파타이트가 충분히 결정성장할 수 있는 성장 부위(음이온과 칼슘이온의 결합)를 제공하기 어렵고, 상기 수치범위보다 많은 경우 이온응집체들끼리의 응집때문에 오히려 기계적 물성의 저하기 일어날 뿐만 아니라, 아파타이트 성장 초기에 필요한 칼슘이온과의 결합력이 오히려 저하되는 문제가 있다. 또한 폴리에스테르가 접촉하여 수산화 아파타이트를 폴리에스테르 상에 형성하는 유사 생 체 용액은 NaCl 1 내지 5 M, KCl 0.01 내지 0.1 M, CaCl2 0.01 내지0.1 M, MgCl2 0.01 내지 0.1 M, NaHCO3 0.01 내지 0.15 M, K2HPO4 0.005 내지0.05 M, Na2SO4 0.005 내지 0.05 M, (CH2OH)3CNH2 0.1 내지 1 M, 및 HCl 0.01 내지 0.5 M을 포함한다. 즉, 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 복합체 제조방법은 칼슘과 인산 음이온을 함유하며, 인간의 생체 용액(혈장)과 유사한 조건의 용액 환경에서 유무기 하이브리드 복합체를 제조하므로 실제 사용 환경인 생체 내에서 우수한 안정성을 가질 수 있다. 하지만, 상기 용액의 조성과 농도 범위는 생체 내의 용액조건과 유사하며, 음이온-함유 폴리에스테르에 수산화 아파타이트를 형성시킬 수 있는 조건의 일 예일 뿐이며, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.In the polyester ionomer according to the present invention, the molar ratio of the monomer represented by Chemical Formula 1 and the monomer represented by Chemical Formula 2 is preferably 1.0: 99.0 to 5.0: 95.0, if the monomer of Chemical Formula 1 containing an anion If it is less than the above range, it is difficult to provide a growth site (combination of anion and calcium ions) in which the hydroxide apatite can sufficiently crystallize, and in the case of more than the above numerical range, not only mechanical deterioration occurs due to aggregation of ion aggregates, but also However, there is a problem in that the binding force with calcium ions required in the early stage of apatite growth is rather reduced. In addition, a similar biological solution in which the polyester contacts to form hydroxide apatite on the polyester is NaCl 1 to 5 M, KCl 0.01 to 0.1 M, CaCl 2 0.01 to 0.1 M, MgCl 2 0.01 to 0.1 M, NaHCO 3 0.01 to 0.15 M, K 2 HPO 4 0.005 to 0.05 M, Na 2 SO 4 0.005 to 0.05 M, (CH 2 OH) 3 CNH 2 0.1 to 1 M, and HCl 0.01 to 0.5 M. That is, the organic-inorganic hybrid composite manufacturing method according to the present invention contains calcium and phosphate anion, and because the organic-inorganic hybrid composite is prepared in a solution environment similar to human biological solution (plasma), it is excellent in vivo, which is the actual use environment It may have stability. However, the composition and the concentration range of the solution is similar to the solution conditions in vivo, it is only one example of the conditions that can form the hydroxide apatite in the anion-containing polyester, the present invention is not limited thereto.

상기 유사 생체 용액의 온도는 생체 내 조건과 동일한 조건에서 복합체를 제조하기 위하여 상기 폴리에스테르와 접촉시 30 내지 40℃의 온도를 유지하는 것이 바람직하다. 만약 상기 범위를 벗어나는 경우 실제 생체 내에 사용되는 경우 또 다른 부산 반응에 따른 복합체의 조성 또는 물성 변화가 발생할 위험이 있다.The temperature of the analogous biological solution is preferably maintained at a temperature of 30 to 40 ℃ in contact with the polyester in order to produce a composite under the same conditions in vivo. If it is out of the above range, there is a risk that the composition or physical property change of the complex according to another by-product reaction when used in the living body.

본 발명은 상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여 술폰산 또는 카르복시산 음이온을 함유하는 폴리에스테르 이오노머 및 수산화 아파타이트를 포함하는 유무기 하이브리드 복합체를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 수산화 아파타이트는 상기 폴리에스테르 이오노머 상에 적층되는데, 이때 상기 수산화 아파타이트는 상기 폴리에스테르 이오노머에 도입한 상기 술폰산 또는 카르복기산 음이온과 이온 결합한 구조를 갖는다.The present invention provides an organic-inorganic hybrid composite comprising a polyester ionomer and a hydroxide apatite containing sulfonic acid or carboxylic acid anion in order to solve the second problem. In one embodiment of the present invention, the hydroxide apatite is laminated on the polyester ionomer, wherein the hydroxide apatite has a structure in which the hydroxide apatite is ionically bonded with the sulfonic acid or carboxylic acid anion introduced into the polyester ionomer.

본 발명의 일 실시예에서 상기 폴리에스테르 이오노머는 상기 화학식 1 및 2로 표시되는 단량체를 포함하는 공중합체이며, 상기 화학식 1로 표시되는 단량체와 상기 화학식 2로 표시되는 단량체의 몰 비는 1.0:99.0 내지 5.0: 95.0이다. 상술한 바와 같이 음이온을 함유하는 화학식 1의 단량체가 상기 범위보다 적은 경우 수산화 아파타이트가 충분히 결정성장할 수 있는 성장 부위(음이온과 칼슘이온의 결합)를 제공하기 어렵고, 상기 수치범위보다 많은 경우 이온응집체들끼리의 응집때문에 오히려 기계적 물성의 저하기 일어날 뿐만 아니라, 아파타이트 성장 초기에 필요한 칼슘이온과의 결합력이 오히려 저하되는 문제가 있다.In one embodiment of the present invention, the polyester ionomer is a copolymer including the monomers represented by Formulas 1 and 2, and the molar ratio of the monomers represented by Formula 1 and the monomers represented by Formula 2 is 1.0: 99.0. To 5.0: 95.0. As described above, when the monomer of Formula 1 containing an anion is less than the above range, it is difficult to provide a growth site (combination of anion and calcium ion) in which the hydroxide apatite can sufficiently crystallize, and when more than the numerical range, ion aggregates Due to the agglomeration of each other, not only the mechanical properties decrease, but also the binding strength with calcium ions necessary for the initial growth of apatite is rather problematic.

본 발명은 상기 세 번째 과제를 해결하기 위하여 상기 유무기 하이브리드 복합체를 포함하는 인공 경조직을 제공하며, 상기 인공 경조직의 예로는 인공 관절, 인공 뼈, 또는 인공 치근이 있을 수 있으나, 본 발명의 인공 경조직은 이에 제한되지 않는다.The present invention provides an artificial hard tissue comprising the organic-inorganic hybrid complex in order to solve the third problem, examples of the artificial hard tissue may be artificial joints, artificial bones, or artificial root, artificial hard tissue of the present invention Is not limited to this.

이하 실시예 및 도면을 이용하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예일 뿐 본 발명이 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples and drawings.

실시예Example 1 One

실시예Example 1-1 1-1

폴리에스테르 Polyester 이오노머의Ionomer 제조 Produce

2구 둥근 플라스크에 나트륨 이온과 술폰산 이온의 염형태로 치환된 디메틸 푸마레이트 술폰산염 (sulfonated dmethyl fumarate, SDMF) 3.74 g(0.015 mol), 숙신산 (succinic acid) 55.26g (0.485 mol), 및 1,4-부탄디올 54g (0.6 mol)을 첨가하고, 서서히 온도를 상승시키면서 100 ℃ 부근에서 촉매인 티타늄 테트라 부톡사이드를 소량 첨가하고, 190 ℃까지 온도를 상승시키며 에스테르화 반응을 진행시켰다. 에스테르 반응 중에 발생하는 물은 증류장치를 이용하여 반응계 외로 분리하였다. 더 이상 물이 증류되지 않은 120 분 후에 에스테르 반응을 종결시켰다. 상기 에스테르화 반응이 종료된 후, 상기 에스테르화 반응물의 온도를 상온으로 식히고, 천천히 감압하여 고진공(0.1 torr 이하)하에서 천천히 215 ℃까지 승온시켜 210분 동안 중축합반응을 시켜서 이온 그룹을 포함하는 반복 단위(이하 '이온 반복단위')의 함량이 3 mol%인 폴리에스테르 이오노머를 제조하였다. 3.74 g (0.015 mol) of sulfonated dmethyl fumarate (SDMF), 55.26 g (0.485 mol) of succinic acid, and 1,4 substituted in the form of a salt of sodium and sulfonate ions in a two-necked round flask 54 g (0.6 mol) of butanediol were added, and a small amount of titanium tetrabutoxide, which was a catalyst, was added at about 100 ° C while gradually increasing the temperature, and the esterification reaction was carried out while raising the temperature to 190 ° C. Water generated during the ester reaction was separated out of the reaction system using a distillation apparatus. The ester reaction was terminated after 120 minutes when no more water was distilled off. After the esterification is completed, the esterification reaction is cooled to room temperature, slowly reduced in pressure and slowly heated up to 215 ° C. under high vacuum (0.1 torr or less), followed by a polycondensation reaction for 210 minutes to include ionic groups. A polyester ionomer having a content of 3 mol% of units (hereinafter referred to as 'ion repeating units') was prepared.

또한 제조된 폴리에스테르 이오노머의 분자량 및 점도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.In addition, the molecular weight and viscosity of the prepared polyester ionomer were measured and shown in Table 1 below.

샘플Sample GPCGPC [η](g/dL)[η] (g / dL) Mn X 10-4 Mn X 10 -4 Mw/Mn M w / M n 비교예Comparative example 4.74.7 1.71.7 0.990.99 실시예 2Example 2 4.64.6 1.81.8 0.970.97 실시예 1Example 1 -- -- 0.940.94 실시예 3Example 3 -- -- 0.930.93

실시예 1 및 실시예 5의 GPC 측정시 이온그룹이 칼럼에 흡착이 되어서 정확한 분자량 측정이 불가능하였으나, 상기 점도치가 유사한 것으로 보아 실시예 2와 유사한 분자량을 가지고 있는 것으로 판단된다.In the GPC measurement of Example 1 and Example 5, the ion group was adsorbed on the column, so that accurate molecular weight measurement was impossible, but it was determined that the viscosity values were similar to those of Example 2 because the viscosity values were similar.

실시예Example 1-2 1-2

유사 생체 용액의 제조Preparation of Analogous Biological Solution

0.36 M의 농도를 가지는 HCl 수용액 800 ㎖ 와 TRIS [(CH2OH)3CNH2] 0.4 몰을 포함하는 플라스크에 하기 표 2에 기재된 것과 같은 함량으로 NaCl, KCl, MgCl2 , NaHCO3, K2HPO4 , Na2SO4 , 및 CaCl2을 순차적으로 투입하여 혼합하였다.In a flask containing 800 ml of an aqueous HCl solution having a concentration of 0.36 M and 0.4 mol of TRIS [(CH 2 OH) 3 CNH 2 ], NaCl, KCl, MgCl 2 , NaHCO 3, and K 2 were added in the same amounts as described in Table 2 below. HPO 4 , Na 2 SO 4 , and CaCl 2 were sequentially added and mixed.

성분ingredient 함량(mol/L)Content (mol / L) NaClNaCl 2.742.74 KClKCl 0.060.06 CaCl2 CaCl 2 0.050.05 MgCl2 MgCl 2 0.030.03 NaHCO3 NaHCO 3 0.08950.0895 K2HPO4 K 2 HPO 4 0.020.02 Na2SO4 Na 2 SO 4 0.010.01 (CH2OH)3CNH2 (CH 2 OH) 3 CNH 2 0.40.4 HClHCl 0.360.36

이 후, 상기 혼합물을 서서히 저으면서 0.36 M의 농도를 가지는 HCl 수용액 200 ㎖를 적가하여 pH를 7.4이 투명 유사 생체 용액을 제조하였다. Subsequently, 200 mL of an aqueous HCl solution having a concentration of 0.36 M was added dropwise while slowly stirring the mixture to prepare a transparent analogous biological solution having a pH of 7.4.

실시예Example 1-3 1-3

유무기 Organic weapons 하이브리드hybrid 복합체의 제조 Preparation of the complex

상기 제조된 폴리에스테르 이오노머를 3 cm × 3 cm × 0.25 mm 크기의 필름으로 제조한 후, 상기 필름을 실시예 1-2의 유사 생체 용액에 침지시킨 후, 이를 36.5 ℃로 320시간 동안 가열하여 필름 표면에 수산화인회석 결정을 성장시켰다. 이후 상기 필름을 물로 세척하여, 건조시킴으로써 유무기 하이브리드 복합체를 제조하였다. The prepared polyester ionomer was prepared into a 3 cm × 3 cm × 0.25 mm sized film, and then the film was immersed in the analogous biological solution of Example 1-2, which was then heated to 36.5 ° C. for 320 hours. Hydroxyapatite crystals were grown on the surface. Thereafter, the film was washed with water and dried to prepare an organic-inorganic hybrid composite.

실시예Example 2 2

폴리에스테르 이오노머의 제조 공정에서 디메틸푸마레이트 술폰산염 (sulfonated dmethyl fumarate) 1.25g(0.005 mol)과 숙신산(succinic acid) 57.75g(0.495 mol)를 사용하여 이온 반복단위의 함량이 1 mol%인 폴리에스테르 이오노머를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유무기 하이브리드 복합체를 제조하였다. 1.25 g (0.005 mol) of sulfonated dmethyl fumarate and 57.75 g (0.495 mol) of succinic acid are used to prepare a polyester ionomer, and the content of the ion repeating unit is 1 mol%. An organic-inorganic hybrid composite was prepared in the same manner as in Example 1, except that the ionomer was prepared.

실시예Example 3 3

폴리에스테르 이오노머의 제조 공정에서 디메틸푸마레이트 술폰산염 (sulfonated dmethyl fumarate) 6.23g(0.025 mol)과 숙신산 (succinic acid) 52.77g(0.475 mol)를 사용하여 이온 반복단위의 함량이 5 mol%인 폴리에스테르 이오노머를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유무기 하이브리드 복합체를 제조하였다. Polyester with ion repeating unit content of 5 mol% using 6.23 g (0.025 mol) of sulfonated dmethyl fumarate and 52.77 g (0.475 mol) of succinic acid in the production process of polyester ionomer An organic-inorganic hybrid composite was prepared in the same manner as in Example 1, except that the ionomer was prepared.

비교예Comparative example 1 One

폴리에스테르 이오노머의 제조 공정에서 디메틸푸마레이트 술폰산염 (sulfonated dmethyl fumarate)를 사용하지 않고, 과 숙신산 (succinic acid) 59.0g (0.5 mol)를 사용하여 이온 반복단위를 포함하지 않는 폴리에스테르를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유무기 하이브리드 복합체를 제조하였다. In the manufacturing process of the polyester ionomer, a polyester was prepared without the use of ionic repeating units using 59.0 g (0.5 mol) of succinic acid without using dimethyl fumarate sulfonate. Except for the organic-inorganic hybrid composite was prepared in the same manner as in Example 1.

실험예Experimental Example 1 One

핵자기Nuclear magnetic 공명 스펙트럼 Resonance spectrum

실험예Experimental Example 1-1 1-1

실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따라 제조된 폴리에스테르 이오노머 및 폴리에스테르의 구조를 확인하기 위하여, FT-NMR spectrometer (Varian, 300MHz)를 이용하여 1H-NMR 스펙트럼을 측정하였다. 이때 측정에 사용된 용매는 기준물질로서 테트라메틸실란(TMS)을 포함하는 CDCl3를 사용하였다.In order to confirm the structures of the polyester ionomers and polyesters prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, 1 H-NMR spectra were measured using an FT-NMR spectrometer (Varian, 300 MHz). At this time, the solvent used in the measurement was used as a reference material CDCl3 containing tetramethylsilane (TMS).

도 1은 실시예1 내지 3에 따라 제조된 폴리에스테르 이오노머와 비교예 1에 따라 제조된 폴리에스테르의 1H-NMR 스펙트럼을 나타내고 있다.FIG. 1 shows 1 H-NMR spectra of polyester ionomers prepared according to Examples 1 to 3 and polyesters prepared according to Comparative Example 1. FIG.

도 1을 참조하면, 비교예 1에 따른 폴리에스테르에서는 4.1, 2.6, 및 1.7 ppm에서 주 피크가 관찰되고 있으며, 이들의 면적비는 1: 1: 1인 것을 알 수 있다. 이에 비하여, 이온 반복단위의 함량이 1 mol%인 실시예 1의 폴리에스테르 이오노머에서는 3.7 - 3.65 ppm에서 새로운 피크가 나타났으며, 이온 반복단위의 함량이 증가한 실시예 2 및 3의 폴리에스테르 이오노머에서는 그 피크의 강도가 커진 것을 확인할 수 있다. 이로부터 이들 피크가 이온 반복단위에 의해 나타나는 것임을 알 수 있다. 또한 2.6 ppm에서 나타나는 메틸렌 수소(-OCOCH2CH2COO-)에 대한 이들 피크의 적분비가 이오노머 내의 이온 반복단위의 함량에 비례하는 것으로부터 폴리에스테르 내에 이온 반복단위가 효과적으로 도입된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 1, in the polyester according to Comparative Example 1, main peaks were observed at 4.1, 2.6, and 1.7 ppm, and the area ratios thereof were found to be 1: 1: 1. On the other hand, in the polyester ionomer of Example 1 having an ion repeating unit content of 1 mol%, a new peak appeared at 3.7-3.65 ppm, and in the polyester ionomers of Examples 2 and 3 having an increased content of ion repeating unit It can be seen that the intensity of the peak is increased. It can be seen from these that these peaks are represented by ion repeating units. In addition, it can be confirmed that the ion repeating unit is effectively introduced into the polyester from the fact that the integral ratio of these peaks to methylene hydrogen (-OCOCH 2 CH 2 COO-) appearing at 2.6 ppm is proportional to the content of the ion repeating unit in the ionomer.

실험예Experimental Example 1-2 1-2

2323 NaNa solidsolid statestate NMRNMR

Super conduction FT-NMR spectrometer (Bruker, AVANCE DSX-400)를 이용하여 23Na solidstate NMR 스펙트럼을 측정하였다. 측정 조건은 105.805MHz이었으며, 외부 NaCl 레퍼런스를 이용하여 주파수 축을 셋팅하였고, 분석시 회전 스피드는 4000/sec 이었으며, 완전 이완된 스펙트럼을 얻기 위해 5초의 펄스 지연(pulse delay)을 적용하였다. 또한 펄스 길이와 펄스 파워는 각각 2 US와 120 DB였다. 23 Na solidstate NMR spectra were measured using a super conduction FT-NMR spectrometer (Bruker, AVANCE DSX-400). The measurement conditions were 105.805 MHz, the frequency axis was set using an external NaCl reference, the rotation speed was 4000 / sec in the analysis, and a 5 second pulse delay was applied to obtain a fully relaxed spectrum. Pulse length and pulse power were 2 US and 120 DB, respectively.

도 2는 SDMF와 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 폴리에스테르 이오노머의 23Na solid state NMR 스펙트럼을 나타내고 있다. FIG. 2 shows 23 Na solid state NMR spectra of SDMF and polyester ionomers prepared according to Examples 1-3.

도 2를 참조하면, 폴리에스테르 이오노머의 이온화가 증가할수록 나트륨 이온의 상호작용에 의한 정전기적 가교가 많아지게 되고, 이는 다중선(multiplet)의 형태로 나타나는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that as the ionization of the polyester ionomer increases, electrostatic crosslinking due to the interaction of sodium ions increases, which appears in the form of multiplets.

실험예Experimental Example 2 2

유변학적Rheological 특성 characteristic

ARES(advanced rheometric expansion system) 장치 (Rheometric Scientific)를 이용하여 폴리에스테르 이오노머 및 폴리에스테르의 용융특성을 측정하였다. 상기 측정에는 12.5 mm 직경의 수평 플레이트를 이용하였으며, 플레이트 간 간격은 1.0 mm, 측정 주파수는 0.05 내지 500 rad/s, 측정 온도는 150 ℃로 하였다. Melting properties of the polyester ionomer and polyester were measured using an advanced rheometric expansion system (ARES) apparatus (Rheometric Scientific). For the measurement, a horizontal plate having a diameter of 12.5 mm was used, the distance between the plates was 1.0 mm, the measurement frequency was 0.05 to 500 rad / s, and the measurement temperature was 150 ° C.

도 3은 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 폴리에스테르 이오노머와 비교예1에 따라 제조된 폴리에스테르의 용융점도 그래프를 나타내고 있다. Figure 3 shows a melt viscosity graph of the polyester ionomer prepared according to Examples 1 to 3 and the polyester prepared according to Comparative Example 1.

도 3을 참조하면, 비교예 1에 따라 제조된 폴리에스테르는 고 주파수 영역에서 전형적인 점도 감소(Shear Thinning) 현상을 나타냈다. 반면 실시예 1 내지 3에 따른 폴리에스테르 이오노머는 낮은 주파수 영역에서 높은 점도를 나타냈으며, 특히 이온 반복단위의 함량이 높아질수록 이러한 경향이 더욱 뚜렷이 나타나는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, the polyester prepared according to Comparative Example 1 exhibited a typical thinning phenomenon in the high frequency region. On the other hand, the polyester ionomers according to Examples 1 to 3 showed high viscosity in the low frequency region, and it can be seen that this tendency is more pronounced, especially as the content of the ion repeating unit is increased.

일반적으로 고분자의 용융점도가 높은 경우, 흐름에 대한 저항성이 높다는 것을 의미하며, 고분자 내에 화학적인 결합이나 특정의 상호작용이 존재할 경우에 이러한 현상이 나타날 수 있다. 따라서, 상기 폴리에스테르 이오노머는 이온화의 증가에 따라 점도값이 높아진 것임을 알 수 있으며, 이온 그룹 사이의 가교 결합의 정도는 고분자 매트릭스 내에 분자간 이온쌍 응집(ion-pair aggregation)의 결과에 따라 좌우되는 것으로 보인다. In general, when the melt viscosity of the polymer is high, it means that the resistance to flow is high, and this phenomenon may occur when chemical bonds or specific interactions exist in the polymer. Accordingly, it can be seen that the polyester ionomer has a higher viscosity value with increasing ionization, and the degree of crosslinking between ionic groups depends on the result of intermolecular ion-pair aggregation in the polymer matrix. see.

또한, 비교예 1에 따른 폴리에스테르는 어느 정도의 점도값을 유지하는 반면에, 실시에 1 내지 3에 따른 폴리에스테르 이오노머에 있어서 용융점도 값은 주파수가 증가함에 따라 크게 감소하는 것을 볼 수 있다. 이는 전단력이 증가함에 따라 폴리에스테르 이오노머의 물리적 가교가 깨지면서 나타나는 현상인 것으로 보인다In addition, while the polyester according to Comparative Example 1 maintains a certain viscosity value, it can be seen that the melt viscosity value in the polyester ionomer according to Examples 1 to 3 greatly decreases with increasing frequency. This seems to be a phenomenon caused by breaking physical crosslinking of the polyester ionomer as the shear force increases.

실험예Experimental Example 3 3

폴리에스테르 Polyester 이오노머Ionomer 및 폴리에스테르 And polyester of 구조 분석 Structural analysis

X선 회절 분석기(Rigaku Denki D-Max2000)를 이용하여 폴리에스테르 이오노머 및 폴리에스테르의 구조를 분석하였다. 이때 측정 조건은 40 kV, 100 mA이고, 측정에는 회전식 구리타겟 애노드를 장착한 18-kW 회전식 애노드 X-선 발생기를 X-선 소스로 이용하였고, 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 폴리에스테르 이오노머와 비교예 1에 따라 제조된 폴리에스테르를 분말형태로 제조하여 X-선 회절 패턴을 측정하였으며, 2θ 5- 40o 인 범위에서 5o/분의 스캔 속도로 측정하였다. The structure of the polyester ionomer and polyester was analyzed using an X-ray diffraction analyzer (Rigaku Denki D-Max2000). In this case, the measurement conditions were 40 kV, 100 mA, and the measurement was performed using an 18-kW rotary anode X-ray generator equipped with a rotary copper target anode as an X-ray source, and a polyester ionomer prepared according to Examples 1 to 3. And the polyester prepared according to Comparative Example 1 was prepared in powder form to measure the X-ray diffraction pattern, it was measured at a scan rate of 5 o / min in the range of 2θ 5-40 o .

도 4는 실시예1 내지 3에 따라 제조된 폴리에스테르 이오노머와 비교예 1에 따라 제조된 폴리에스테르의 광각 X선 회절 패턴을나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing a wide-angle X-ray diffraction pattern of the polyester ionomer prepared according to Examples 1 to 3 and the polyester prepared according to Comparative Example 1. FIG.

도 4를 참조하면, 비교예 1에 따른 폴리에스테르의 특성 피크가 19.3o, 21.7o, 22.4o, 및 28.7o에서 나타나고 있으며, 이들은 각각 (020), (021), (110), 및 (111) 결정면을 나타낸다. 또한, 실시예 1 내지 3에 따른 폴리에스테르 이오노머에 있어서, 상기 비교예 1의 폴리에스테르의 특성 피크 이외에 다른 피크가 관찰되지 않았으며, 이로부터 본 발명에 따른 폴리에스테르 이오노머의 d-spacing, 및 회절 특성이 일반적인 폴리에스테르와 크게 다르지 않으며, 단사형 결정 구조(monoclinic crystal structure)를 가지는 것을 알 수 있으며, 폴리에스테르 이오노머의 이온 그룹은 폴리에스테르의 결정영역으로부터 배제되어 있음을 알 수 있다. 따라서, 이온그룹의 함량은 3 내지 5 몰 %인 경우 기존의 폴리에스테르의 결정 구조의 전이나 변형이 일어나지 않으면서 효율적인 기계적 물성을 얻을 수 있었으며, 그 이상의 이온그룹을 첨가하는 경우 중합체 합성에 필요한 축중합 반응이 일어나지 않거나, 매우 오랜 시간이 소요가 되었으며, 또한 실제로 기계적 물성도 상당히 저하가 일어나는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 4, the characteristic peaks of the polyesters according to Comparative Example 1 are shown at 19.3 o , 21.7 o , 22.4 o , and 28.7 o , which are (020), (021), (110), and (111), respectively. ) Indicates a crystal plane. In addition, in the polyester ionomers according to Examples 1 to 3, no peak other than the characteristic peaks of the polyesters of Comparative Example 1 was observed, from which d-spacing and diffraction of the polyester ionomers according to the present invention. It can be seen that the properties are not significantly different from general polyester, and have a monoclinic crystal structure, and the ionic group of the polyester ionomer is excluded from the crystal region of the polyester. Therefore, when the content of the ion group is 3 to 5 mol%, efficient mechanical properties can be obtained without changing or changing the crystal structure of the existing polyester. It was confirmed that the polymerization did not occur, or it took a very long time, and in fact, the mechanical properties also decreased considerably.

실험예Experimental Example 4 4

수산화 아파타이트(Hydroxide apatite ( HApHAp ) 결정 분석Decision analysis

상기 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 폴리에스테르 이오노머와 비교예 1에 따라 제조된 폴리에스테르의 표면에 대한 광각 X선 회절을 2θ = 10 - 60o의 범위에서 5o/분의 스캔 속도로 측정하였다. Wide-angle X-ray diffraction of the surface of the polyester ionomer prepared according to Examples 1 to 3 and the polyester prepared according to Comparative Example 1 was measured at a scan rate of 5 o / min in the range of 2θ = 10-60 o . It was.

도 5는 실시예 3에 따라 제조된 유무기 하이브리드 복합체의 생체용액 처리 시간 경과에 따른 광각 X선 회절의 변화를 순수한 HAp 결정의 광각 X선 회절 그래프이다. 5 is a wide-angle X-ray diffraction graph of pure HAp crystals showing the change in wide-angle X-ray diffraction over time of the biological solution treatment of the organic-inorganic hybrid composite prepared according to Example 3. FIG.

도 5를 참조하면, 순수한 HAp 결정의 광각 X선 회절 그래프에서는 32o에서 HAp 결정의 특성 피크가 나타나며, 이는 육방정계(hexagonal) HAp 결정의 (211) 결정면에 해당하는 것이다. 또한 유사 생체 용액 처리 초기 단계인 40시간까지는 HAp 결정의 특성 피크가 관찰되지 않았으나, 80시간 경과 후부터 32o 부근에서 HAp 결정의 특성 피크가 나타나기 시작하는 것을 알 수 있다. 이후 시간 경과에 따라 상기 HAp 결정의 특성 피크는 증가하며 이로부터 HAp 결정이 폴리에스테르 이오노머의 표면에서 성장하고 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, in the wide-angle X-ray diffraction graph of pure HAp crystals, a characteristic peak of HAp crystals appears at 32 ° , which corresponds to the (211) crystal plane of hexagonal HAp crystals. In addition, although the characteristic peak of the HAp crystal was not observed until 40 hours, the initial stage of the similar biological solution treatment, it was found that the characteristic peak of the HAp crystal began to appear in the vicinity of 32 ° after 80 hours. Thereafter, the characteristic peak of the HAp crystals increases with time, from which it can be seen that HAp crystals are growing on the surface of the polyester ionomer.

도 6a 내지 6c는 실시예 3에 따라 제조된 유무기 하이브리드 복합체의 생체용액 처리 시간 경과에 따른 SEM 사진을 나타냈다. 유사 생체 용액 처리 시간이 80시간인 경우(도 6b)에는 폴리에스테르 이오노머 필름 표면에 HAp 입자가 형성된 것을 확인하였으며, 처리 시간이 증가할수록 상기 HAp 입자의 크기가 증가할 뿐만 아니라, 규칙적으로 분산되는 것을 확인할 수 있었다(320시간 경과, 도 6c). 이러한 현상은 다음과 같이 해석될 수 있다. 6a to 6c are SEM images of the organic-inorganic hybrid composite prepared according to Example 3 over time of treatment with a biological solution. When the similar biological solution treatment time is 80 hours (FIG. 6B), it was confirmed that HAp particles were formed on the surface of the polyester ionomer film, and as the treatment time was increased, the size of the HAp particles was increased, and they were regularly dispersed. It was confirmed (320 hours elapsed, Fig. 6c). This phenomenon can be interpreted as follows.

폴리에스테르 이오노머가 유사 생체 용액으로 처리될 때에 SO3 -Na+ 그룹의 양이온인 Na+ 은 유사 생체 용액에 존재하는 양이온인 H3O+과의 이온 교환 반응을 일으키고, 그 결과 폴리에스테르 이오노머와 생체용액이 접촉한 부분의 이온그룹에서는 SO3 -H+ 이 생성되며, 유사 생체 용액 내에 증가된 Na+ 이온은 유사 생체 용액의 pH를 높이게 된다. 폴리에스테르 이오노머의 SO3 -H+ 그룹이 유사 생체 용액 내의 칼슘이온과 상호작용을 일으켜 칼슘 설포네이트를 형성하며, 상기 칼슘 설포네이트는 유사 생체 용액 내에 포함된 포스페이트 이온과 함께 폴리에스테르 이오노머의 표면에 HAp를 형성한다. 즉, 칼슘 포스페이트의 생성은 양전하를 띄는 칼슘 설포네이트와 음전하를 띄는 포스페이트 사이의 정전기적 상호작용에 기인한 것이며, 폴리에스테르 이오노머와 유사 생체 용액의 접촉시간이 증가할수록, HAp가 유사 생체 용액 내의 칼슘이온과 포스페이트 이온을 흡수하여 폴리에스테르 이오노머의 바깥쪽으로 성장하여 가는 것을 확인할 수 있다(도 5 및 도 6의 SEM 사진 참조). 또한, 이로부터 폴리에스테르 이오노머에 존재하는 이온 그룹이 HAp 결정의 생성에 중요한 역할을 하는 것을 알 수 있다. Polyester ionomers are similar when treated with biological solutions SO 3 - of a cation of Na + group Na + is causing an ion exchange reaction with the cation of H 3 O + present in similar biological solution, so that the polyester ionomer and biological SO 3 - H + is generated in the ion group in the contact area of the solution, and increased Na + ions in the analogous biological solution raise the pH of the analogous biological solution. The SO 3 - H + group of the polyester ionomer interacts with the calcium ions in the analogous biological solution to form calcium sulfonates, which, together with the phosphate ions contained in the analogous biological solution, are present on the surface of the polyester ionomer. Form HAp. That is, the formation of calcium phosphate is due to the electrostatic interaction between positively charged calcium sulfonate and negatively charged phosphate, and as the contact time of the polyester ionomer and the analogous biological solution increases, HAp is the calcium in the analogous biological solution. It can be seen that the ions and phosphate ions are absorbed and grown outward of the polyester ionomer (see SEM photographs of FIGS. 5 and 6). It can also be seen from this that the ionic groups present in the polyester ionomer play an important role in the production of HAp crystals.

도 7은 비교예 1에 따라 제조된 폴리에스테르와 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 폴리에스테르 이오노머의 광각X-선 회절 패턴을 나타내고 있다. 7 shows a wide-angle X-ray diffraction pattern of a polyester prepared according to Comparative Example 1 and a polyester ionomer prepared according to Examples 1 to 3. FIG.

도 7을 참조하면, 폴리에스테르 이오노머의 이온 그룹 함량이 증가할수록 HAp 피크(도 7의 화살표) 또한 증가하는 것을 볼 수 있으며, 이로부터 HAp 결정의 형성과 성장은 폴리에스테르 이오노머의 이온화 정도에 비례하는 것을 알 수 있다. 반면 음이온이 도입되지 않은 비교예 1의 폴레에스터의 경우 HAp 피크가 사실상 뚜렷이 나타나지 않은 점은 본 발명에 따른 폴리에스테 이오노머가 HAp 성장 및 형성에 매우 유리하다는 점을 나타낸다.Referring to FIG. 7, it can be seen that as the ion group content of the polyester ionomer increases, the HAp peak (arrow of FIG. 7) also increases, from which the formation and growth of HAp crystals is proportional to the degree of ionization of the polyester ionomer. It can be seen that. On the other hand, in the case of the polyester of Comparative Example 1, in which no anion was introduced, the fact that the HAp peak did not appear clearly indicates that the polyester ionomer according to the present invention is very advantageous for HAp growth and formation.

도 8은 폴리에스테르 이오노머의 표면에서 일어나는 HAp 결정 성장의 메커니즘을 나타내는 모식도이다. 8 is a schematic diagram showing the mechanism of HAp crystal growth occurring on the surface of the polyester ionomer.

도 8을 참조하면, 폴리에스테르 이오노머에 존재하는 음이온 그룹이 유사 생체 용액 내에 존재하는 풍부한 Ca2 + 이온과 결합할 수 있는 관능기로서 작용하며, HAp와 폴리에스테르 사이의 계면 결합력을 높일 뿐만 아니라, HAp 결정을 성장시키는 활성점(active sites)으로서의 역할을 하는 것을 알 수 있다. Referring to Figure 8, the action is anionic groups present in the polyester ionomer as the functional group capable of binding with abundant Ca 2 + ions present in the similar biological solution, as well as to increase the interfacial bonding between the HAp as polyester, HAp It can be seen that it serves as an active site for growing crystals.

실험예Experimental Example 4 4

열중량분석(Thermogravimetric analysis ThermogravimetricThermogravimetric AnalysisAnalysis , , TGATGA ))

열중량 분석을 통하여 유무기 하이브리드 복합체 내에 포함되는 수산화인회석(HAp)의 함량을 측정하였다. 측정에는 PYRIS TGA (PerkinElmer, Norwalk, CT, USA) 장비를 이용하였으며, 20 - 1000 ℃의 온도 범위에서 20 ℃/분의 속도로 승온하여 무게변화를 측정하였다. The content of hydroxyapatite (HAp) contained in the organic-inorganic hybrid composite was measured by thermogravimetric analysis. PYRIS TGA (PerkinElmer, Norwalk, CT, USA) was used for the measurement, and the weight change was measured by increasing the temperature at a rate of 20 ℃ / min in the temperature range of 20-1000 ℃.

도 9는 비교예 1에 따라 제조된 폴리에스테르와 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 폴리에스테르 이오노머의 TGA 커브이다. 9 is a TGA curve of a polyester prepared according to Comparative Example 1 and a polyester ionomer prepared according to Examples 1 to 3. FIG.

도 9를 참조하면, 비교예 1에 따른 폴리에스테르는 약 0.35 중량%의 잔류물이 남는 반면에, 폴리에스테르 이오노머의 이온 그룹의 함량이 증가함에 따라 잔류물의 중량도 증가하는 것을 볼 수 있다. 또한 이온 반복단위의 함량이 5 mol%인 실시예 3의 폴리에스테르 이오노머의 경우에는 잔류물의 함량이 2.46 중량%이었으며, 이로부터 이온 그룹의 함량에 따라 HAp 의 함량도 증가하는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 9, it can be seen that the polyester according to Comparative Example 1 remains about 0.35% by weight, while the weight of the residue also increases as the content of ionic groups of the polyester ionomer increases. In addition, in the case of the polyester ionomer of Example 3 having an ion repeating unit content of 5 mol%, the residue content was 2.46 wt%, from which it can be seen that the content of HAp increases with the content of the ion group.

도 10은 폴리에스테르 이오노머에 존재하는 이온 반복단위의 함량과 잔류물의 중량 사이의 관계를 나타내며, 도 10으로부터 이온 반복단위의 함량과 잔류물의 중량 사이에 Y= 0.36 + 0.40X에 대응하는 선형 대응 관계가 있음을 확인하였고, 상기 대응관계에 대한 신뢰도가 0.9889로 매우 높았다. 따라서, 상기 결과로부터 폴리에스테르 이오노머의 이온 그룹이 HAp 결정 생성의 활성점으로 작용하며, 또한 HAp 결정의 성장에도 주도적인 역할을 하는 것을 알 수 있다.FIG. 10 shows the relationship between the content of ionic repeat units present in the polyester ionomer and the weight of the residue, and from FIG. 10 a linear correspondence relationship corresponding to Y = 0.36 + 0.40X between the content of the ionic repeat units and the weight of the residue. It was confirmed that there is, and the reliability of the correspondence was very high as 0.9889. Therefore, it can be seen from the above result that the ion group of the polyester ionomer acts as an active point of HAp crystal formation and also plays a leading role in the growth of HAp crystals.

실험예Experimental Example 5 5

적외선 스펙트럼(Infrared spectrum ( FTFT -- IRIR ))

IFS 88-IR spectrometer (Bruker AXS GmbH, Karlsruhe, Germany) 장비를 이용하여 유무기 하이브리드 복합체에 대한 FT-IR(Fourier transform infrared) 스펙트럼을 측정하는데, 이때 측정 파수(wavenumber) 범위는 4000 500 cm-1, 해상도 4 cm-1 이며, 각각의 샘플에 대해서 16 스캔을 중첩하였다. Fourier transform infrared (FT-IR) spectra for organic-inorganic hybrid composites are measured using an IFS 88-IR spectrometer (Bruker AXS GmbH, Karlsruhe, Germany), with a measured wavenumber range of 4000 500 cm -1 , 4 cm -1 resolution, with 16 scans superimposed on each sample.

도 11은 비교예 1에 따라 제조된 폴리에스테르와 실시예 1 및 3에 따라 제조된 폴리에스테르 이오노머의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 도면이다. FIG. 11 is a view showing FT-IR spectra of a polyester prepared according to Comparative Example 1 and a polyester ionomer prepared according to Examples 1 and 3. FIG.

도 11을 참조하면, 실시예 3의 폴리에스테르 이오노머의 경우에는 PO4 3 -의 비대칭 스트렛칭에 해당하는 특성 밴드가 1038cm- 1 에서 관찰되었고, 이러한 결과로부터 실험예 4의 TGA 결과와 마찬가지로 본 발명에 따른 폴리에스테르 이오노머가 함유하는 음이온기가 HAp 결정 생성의 활성점으로 작용하는 점을 알 수 있고, 또한 HAp 결정의 성장에도 주도적인 역할을 하는 것 또한 알 수 있다. 더 나아가, 본 실험예의 결과는 광각 X-선 회절과도 일치하는 것이다.11, the third embodiment, if the polyester ionomer, the PO 4 3 - the characteristic bands for the asymmetric cast retching of 1038cm - was observed at 1, as in these results experiment from Example 4 of the TGA results of this invention It can be seen that the anion group contained in the polyester ionomer acts as an active point of HAp crystal formation, and also plays a leading role in the growth of HAp crystals. Furthermore, the results of this experimental example are consistent with wide-angle X-ray diffraction.

실험예Experimental Example 6 6

주사전자현미경(Scanning electron microscope ScanningScanning electronelectron microscopymicroscopy , , SEMSEM ))

유무기 하이브리드 복합체를 질소 분위기 하, 상온에서 건조시킨 후, 이온 스퍼터링에 의해 Au-Pd 코팅을 하고, 전계 방출(Field Emission) 주사전자현미경(S-3000N, HITACHI)을 이용하여 표면을 관찰하였다. . After the organic-inorganic hybrid composite was dried at room temperature under a nitrogen atmosphere, Au-Pd coating was performed by ion sputtering, and the surface was observed by using a field emission scanning electron microscope (S-3000N, HITACHI). .

도 12a 내지 12c는 각각 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 유무기 하이브리드 복합체의 SEM 사진이다. 12A to 12C are SEM images of organic-inorganic hybrid composites prepared according to Examples 1 to 3, respectively.

도 12a를 참조하면, 실시예 1의 경우에는 HAp 결정이 성공적으로 형성되고 있음을 보여주고 있으며, 도 12b 및 12c를 참조하면 실시예 2 및 3과 같이 이온 반복단위의 함량이 증가할수록 더 많은 HAp 결정들이 폴리에스테르 이오노머의 표면에 생성되는 것을 알 수 있다. 이러한 현상은 폴리에스테르 이오노머에 존재하는 이온 그룹이 많아질수록 유사 생체 용액에 존재하는 칼슘 이온과 포스페이트 이온에 대한 상호작용이 증가하여, HAp 결정의 생성을 보다 쉽고 빠르게 할 수 있기 때문인 것으로 해석될 수 있다. 또한, 실시예 2와 3의 SEM 사진에서는 벌크 상으로 존재하는 HAp 결정뿐만 아니라, 상기 결정에 공극들이 존재하는 것을 볼 수 있다. 이들 공극들은 주변 조직이 안으로 성장할 수 있도록 하고, 또한 뼈의 생성을 돕기에 매우 적합한 것이다. 따라서 이상의 결과로부터 폴리에스테르 이오노머에 있어서 이온 반복단위는 HAp의 생성을 결정짓는 요소임을 알 수 있으며, 본 발명의 유무기 하이브리드 복합체는 경조직 재생 분야에 적용될 수 있는 새로운 물질이라 할 수 있다. Referring to FIG. 12A, in the case of Example 1, it is shown that HAp crystals are successfully formed. Referring to FIGS. 12B and 12C, as in Examples 2 and 3, as the content of the ion repeating unit increases, more HAp is formed. It can be seen that crystals form on the surface of the polyester ionomer. This phenomenon can be interpreted that the more ion groups present in the polyester ionomer, the more the interaction between calcium ions and phosphate ions in the analogous biological solution increases, making it easier and faster to produce HAp crystals. have. In addition, in the SEM photographs of Examples 2 and 3, not only HAp crystals present in the bulk phase, but also voids exist in the crystals. These pores allow the surrounding tissue to grow in and are also well suited to aiding bone formation. Therefore, it can be seen from the above results that the ion repeating unit in the polyester ionomer is a factor that determines the production of HAp, the organic-inorganic hybrid composite of the present invention can be said to be a new material that can be applied in the field of hard tissue regeneration.

도 1은 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 폴리에스터 이오노머와 비교예 1에 따라 제조된 폴리에스터의 1H-NMR 스펙트럼.1 is a 1 H-NMR spectrum of the polyester ionomer prepared according to Examples 1 to 3 and the polyester prepared according to Comparative Example 1.

도 2는 SDMF와 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 폴리에스터 이오노머의 23Na solid state NMR 스펙트럼.FIG. 2 is a 23 Na solid state NMR spectrum of a polyester ionomer prepared according to Examples 1 to 3 with SDMF. FIG.

도 3은 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 폴리에스터 이오노머와 비교예 1에 따라 제조된 폴리에스터의 용융점도 그래프.Figure 3 is a melt viscosity graph of the polyester ionomer prepared according to Examples 1 to 3 and the polyester prepared according to Comparative Example 1.

도 4는 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 폴리에스터 이오노머와 비교예 1에 따라 제조된 폴리에스터의 광각 X선 회절 패턴.4 is a wide-angle X-ray diffraction pattern of the polyester ionomer prepared according to Examples 1 to 3 and the polyester prepared according to Comparative Example 1. FIG.

도 5는 실시예 3에 따라 제조된 유무기 하이브리드 복합체의 생체용액 처리 시간 경과에 따른 광각 X선 회절 패턴.FIG. 5 is a wide-angle X-ray diffraction pattern of a biological solution treatment time course of the organic-inorganic hybrid composite prepared in Example 3. FIG.

도 6a 내지 6c는 실시예 3에 따라 제조된 유무기 하이브리드 복합체의 생체용액 처리 시간 경과에 따른 SEM 사진.6a to 6c are SEM images of the biological solution treatment time course of the organic-inorganic hybrid composite prepared according to Example 3.

도 7은 비교예 1에 따라 제조된 폴리에스터와 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 폴리에스터 이오노머의 광각X-선 회절 패턴.7 is a wide-angle X-ray diffraction pattern of the polyester prepared according to Comparative Example 1 and the polyester ionomer prepared according to Examples 1 to 3. FIG.

도 8은 폴리에스터 이오노머의 표면에서 일어나는 HAp 결정 성장의 메커니즘의 예를 나타낸 모식도.8 is a schematic diagram showing an example of a mechanism of HAp crystal growth occurring on the surface of a polyester ionomer.

도 9는 비교예 1에 따라 제조된 폴리에스터와 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 폴리에스터 이오노머의 TGA 커브.9 is a TGA curve of the polyester prepared according to Comparative Example 1 and the polyester ionomer prepared according to Examples 1 to 3.

도 10은 폴리에스터 이오노머에 존재하는 이온 반복단위의 함량에 따른 잔류물의 중량 비례도.Figure 10 is a weight proportionality of the residues according to the content of the ion repeating units present in the polyester ionomer.

도 11은 비교예 1에 따라 제조된 폴리에스터와 실시예 1 및 3에 따라 제조된 폴리에스터 이오노머의 FT-IR 스펙트럼.FIG. 11 is an FT-IR spectrum of a polyester prepared according to Comparative Example 1 and a polyester ionomer prepared according to Examples 1 and 3. FIG.

도 12a 내지 12c는 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 유무기 하이브리드 복합체의 SEM 사진.12a to 12c is an SEM image of the organic-inorganic hybrid composite prepared according to Examples 1 to 3.

Claims (14)

음이온 함유 폴리에스테르 이오노머를 칼슘 및 인산 이온을 포함하는 유사 생체 용액에 접촉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 복합체의 제조방법. A method for producing an organic-inorganic hybrid composite, comprising contacting an anion-containing polyester ionomer with a similar biological solution containing calcium and phosphate ions. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 음이온은 술폰산 또는 카르복시산 음이온인 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 복합체의 제조방법.The anion is a method for producing an organic-inorganic hybrid composite, characterized in that the sulfonic acid or carboxylic acid anion. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 접촉 후 상기 폴리에스테르 이오노머와 상기 유사 생체 용액의 접촉 상태를 200 내지 400시간 동안 유지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 복합체의 제조방법.And maintaining the contact state of the polyester ionomer and the analogous biological solution after the contact for 200 to 400 hours. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 유사 생체 용액은 유무기 하이브리드 복합체의 제조공정 중 30 내지 40℃의 온도를 유지하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 복합체의 제조방법.The analogous biological solution is a method for producing a hybrid composite, characterized in that to maintain a temperature of 30 to 40 ℃ during the manufacturing process of the organic-inorganic hybrid composite. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 폴리에스테르 이오노머는 하기 식 1 및 식 2로 표시되는 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 복합체의 제조방법: The polyester ionomer production method of an organic-inorganic hybrid composite, characterized in that it comprises a monomer represented by the following formula 1 and formula 2:
Figure 112008018587911-pat00003
(1)
Figure 112008018587911-pat00003
(One)
Figure 112008018587911-pat00004
(2)
Figure 112008018587911-pat00004
(2)
(상기 식 1 및 2에서, (In Formulas 1 and 2, R1은 술폰산 또는 카르복시산 음이온, R 1 is sulfonic acid or carboxylic acid anion, R2는 탄소수 2 내지 4의 알킬렌이거나, 또는 수평균 분자량 200~2000인 폴리옥시알킬렌이고, 여기에서 상기 폴리옥시알킬렌의 알킬렌은 탄소수 2 내지 4의 알킬렌을 포함하며, R 2 is alkylene having 2 to 4 carbon atoms or polyoxyalkylene having a number average molecular weight of 200 to 2000, wherein the alkylene of the polyoxyalkylene includes alkylene having 2 to 4 carbon atoms, m은 1 내지 3의 정수이고, m is an integer of 1 to 3, n은 2 내지 4의 정수임)n is an integer from 2 to 4)
제 5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 화학식 1로 표시되는 단량체와 상기 화학식 2로 표시되는 단량체의 몰비는 1.0:99.0 내지 5.0: 95.0인 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 복합체의 제조방법.The molar ratio of the monomer represented by Formula 1 and the monomer represented by Formula 2 is 1.0: 99.0 to 5.0: 95.0 method for producing an organic-inorganic hybrid composite. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 유사 생체 용액은 NaCl 1 내지 5 M, KCl 0.01 내지 0.1 M, CaCl2 0.01 내지 0.1M, MgCl2 0.01 내지 0.1 M, NaHCO3 0.01 내지 0.15 M, K2HPO4 0.005 내지0.05 M, Na2SO4 0.005 내지0.05 M, (CH2OH)3CNH2 0.1 내지 1 M, 및 HCl 0.01 내지 0.5 M을 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 복합체의 제조방법.The analogous biological solution is NaCl 1 to 5 M, KCl 0.01 to 0.1 M, CaCl 2 0.01 to 0.1 M, MgCl 2 0.01 to 0.1 M, NaHCO 3 0.01 to 0.15 M, K 2 HPO 4 0.005 to 0.05 M, Na 2 SO 4 0.005 to 0.05 M, (CH 2 OH) 3 CNH 2 0.1 to 1 M, and HCl 0.01 to 0.5 M method for producing an organic-inorganic hybrid composite. 삭제delete 삭제delete 음이온을 함유하는 폴리에스테르 이오노머 및 수산화 아파타이트를 포함하는 유무기 하이브리드 복합체에 있어서, In the organic-inorganic hybrid composite containing an anion-containing polyester ionomer and hydroxide apatite, 상기 폴리에스테르 이오노머는 하기 식 1 및 식 2로 표시되는 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 복합체: The organic-inorganic hybrid composite, characterized in that the polyester ionomer comprises a monomer represented by the following formula 1 and formula 2:
Figure 112010030127503-pat00005
(1)
Figure 112010030127503-pat00005
(One)
Figure 112010030127503-pat00006
(2)
Figure 112010030127503-pat00006
(2)
(상기 식 1 및 2에서, (In Formulas 1 and 2, R1은 술폰산 또는 카르복시산 음이온, R 1 is sulfonic acid or carboxylic acid anion, R2는 탄소수 2 내지 4의 알킬렌이거나, 또는 수평균 분자량 200~2000인 폴리옥시알킬렌이고, 여기에서 상기 폴리옥시알킬렌의 알킬렌은 탄소수 2 내지 4의 알킬렌을 포함하며, R 2 is alkylene having 2 to 4 carbon atoms or polyoxyalkylene having a number average molecular weight of 200 to 2000, wherein the alkylene of the polyoxyalkylene includes alkylene having 2 to 4 carbon atoms, m은 1 내지 3의 정수이고, m is an integer of 1 to 3, n은 2 내지 4의 정수임)n is an integer from 2 to 4)
제 10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 화학식 1의 단량체와 상기 화학식 2의 단량체의 몰 비는 1.0:99.0 내지 5.0: 95.0인 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 복합체.The organic-inorganic hybrid composite, characterized in that the molar ratio of the monomer of Formula 1 and the monomer of Formula 2 is 1.0: 99.0 to 5.0: 95.0. 제 10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 수산화 아파타이트는 상기 폴리에스테르 이오노머 상에 적층된 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 복합체.The hydroxide apatite is organic-inorganic hybrid composite, characterized in that laminated on the polyester ionomer. 제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 유무기 하이브리드 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 경조직. An artificial hard tissue comprising the organic-inorganic hybrid complex according to any one of claims 10 to 12. 제 13항에 있어서, The method of claim 13, 상기 인공 경조직은 인공 관절, 인공 뼈, 또는 인공 치근인 것을 특징으로 하는 인공 경조직. The artificial hard tissue is an artificial hard tissue, characterized in that the artificial joints, artificial bones, or artificial tooth root.
KR1020080023684A 2008-03-14 2008-03-14 Organic-inorganic hybrid complex, method for preparing the organic-inorganic hybrid complex, and artificial hard tissue comprising the same KR100983019B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080023684A KR100983019B1 (en) 2008-03-14 2008-03-14 Organic-inorganic hybrid complex, method for preparing the organic-inorganic hybrid complex, and artificial hard tissue comprising the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080023684A KR100983019B1 (en) 2008-03-14 2008-03-14 Organic-inorganic hybrid complex, method for preparing the organic-inorganic hybrid complex, and artificial hard tissue comprising the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090098354A KR20090098354A (en) 2009-09-17
KR100983019B1 true KR100983019B1 (en) 2010-09-17

Family

ID=41357444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080023684A KR100983019B1 (en) 2008-03-14 2008-03-14 Organic-inorganic hybrid complex, method for preparing the organic-inorganic hybrid complex, and artificial hard tissue comprising the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100983019B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100537211B1 (en) * 2003-03-04 2005-12-16 학교법인 한양학원 Biodegradable aliphatic polyester ionomeric resin and its preparing method

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100537211B1 (en) * 2003-03-04 2005-12-16 학교법인 한양학원 Biodegradable aliphatic polyester ionomeric resin and its preparing method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090098354A (en) 2009-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rahman et al. HA coating on Mg alloys for biomedical applications: A review
Singh et al. Progress in bioactive surface coatings on biodegradable Mg alloys: A critical review towards clinical translation
Ullah et al. Mechanical, biological, and antibacterial characteristics of plasma-sprayed (Sr, Zn) substituted hydroxyapatite coating
Surmenev et al. RF magnetron sputtering of a hydroxyapatite target: A comparison study on polytetrafluorethylene and titanium substrates
Zhao et al. A highly bioactive and biodegradable poly (glycerol sebacate)–silica glass hybrid elastomer with tailored mechanical properties for bone tissue regeneration
Yamashita et al. Electrophoretic coating of multilayered apatite composite on alumina ceramics
KR101144248B1 (en) Preparation method of hydroxyapatite coating layer using aerosol deposition and hydrothermal treatment, and nanostructured hydroxyapatite coating layer prepared by the method
Rajeswari et al. Retracted Article: Investigation of anticorrosive, antibacterial and in vitro biological properties of a sulphonated poly (etheretherketone)/strontium, cerium co-substituted hydroxyapatite composite coating developed on surface treated surgical grade stainless steel for orthopedic applications
Zeng et al. Structural and morphological study of pulsed laser deposited calcium phosphate bioceramic coatings: influence of deposition conditions, laser parameters, and target properties
Vijayalakshmi et al. Synthesis and characterization of porous silica gels for biomedical applications
Yuan et al. Spin-coating synthesis and characterization of Zn-doped hydroxyapatite/polylactic acid composite coatings
Chu et al. Surface design of biodegradable magnesium alloys for biomedical applications
Choudhury et al. Hydroxyapatite (HA) coatings for biomaterials
Ong et al. Surface characterization of ion-beam sputter-deposited Ca-P coatings after in vitro immersion
KR100583849B1 (en) Method for Producing Polymeric Sol of Calcium Phosphate Compound
Allen et al. Surface and bulk study of calcium phosphate bioceramics obtained by Metal Organic Chemical Vapor Deposition
CA2318085A1 (en) A synthetic stabilized calcium phosphate biomaterial
KR100983019B1 (en) Organic-inorganic hybrid complex, method for preparing the organic-inorganic hybrid complex, and artificial hard tissue comprising the same
JP6312128B2 (en) Method for producing phosphate-type ceramic thin film containing osteogenesis promoting substance and method for producing bone tissue implant having the thin film as a surface layer
Thangavelu et al. Reengineered graft copolymers as a potential alternative for the bone tissue engineering application by inducing osteogenic markers expression and biocompatibility
RU2372101C1 (en) Method for making supported calcium-phosphate coating
Axente et al. Biomimetic nanostructures with compositional gradient grown by combinatorial matrix-assisted pulsed laser evaporation for tissue engineering
Dos Santos et al. Biomimetic calcium phosphates-based coatings deposited on binary Ti-Mo alloys modified by laser beam irradiation for biomaterial/clinical applications
US20070122541A1 (en) Method for preparation of bioactive ceramic-coated composite
WO2023090355A1 (en) Angiogenesis material, bone-regeneration-promoting material, method for producing angiogenesis material, and method for producing bone-regeneration-promoting material

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130628

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140528

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150630

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee