KR101007182B1 - Fabricating method for biomaterials using hybrid nano composite compound and the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생체활성 물질에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고분자와 무기기소재로 이루어진 하이브리드 나노복합체를 졸-겔 공정을 통하여 생체활성이 우수하며, 파괴인성이 높은 안정적인 골 전도성 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bioactive material, and more particularly, to a stable bone conductive composition having excellent bioactivity and high fracture toughness through a sol-gel process of a hybrid nanocomposite composed of a polymer and an inorganic material. It is about.
본 발명의 목적은 칼륨-실리카 세라믹과 고분자를 혼합한 하이브리드 나노 복합체를 포함하는 하이브리드 나노 복합체를 이용한 생체 조성물에 의하여 달성된다.An object of the present invention is achieved by a biological composition using a hybrid nanocomposite comprising a hybrid nanocomposite mixed with a potassium-silica ceramic and a polymer.
본 발명의 또 다른 목적은 졸-겔 공정을 이용하여 칼슘-실리카 세라믹 분말을 형성하는 단계; PLA를 클로로포름에 용해하여 PLA 용액으로 형성하는 단계; 및 상기 PLA 용액에 상기 칼슘-실리카 세라믹 분말을 분산시키는 단계를 포함하는 하이브리드 나노 복합체를 이용한 생체 조성물 제조방법에 의하여 달성된다.Another object of the present invention is to form a calcium-silica ceramic powder using a sol-gel process; Dissolving PLA in chloroform to form a PLA solution; And dispersing the calcium-silica ceramic powder in the PLA solution.
무기물, 유기물, 하이브리드, 칼슘, 실리카, PLA Inorganic, Organic, Hybrid, Calcium, Silica, PLA
Description
본 발명은 생체활성 물질에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고분자와 무기기소재로 이루어진 하이브리드 나노복합체를 졸-겔 공정을 통하여 생체활성이 우수하며, 파괴인성이 높은 안정적인 골 전도성 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bioactive material, and more particularly, to a stable bone conductive composition having excellent bioactivity and high fracture toughness through a sol-gel process of a hybrid nanocomposite composed of a polymer and an inorganic material. It is about.
바이오글라스(Bioglass)의 발견 후, 생체 경조직 대체용으로 제조된 많은 세라믹 재료들은 실제 뼈와 우수한 결합성을 갖는다는 사실이 알려지면서 의학용으로 널리 이용되어 왔다. Since the discovery of Bioglass, many ceramic materials manufactured for biohard tissue replacement have been widely used for medical purposes as it is known that they have good binding properties with real bones.
생체 경조직을 대신할 수 있는 이러한 세라믹을 포함한 생체 조성물은 독성이 없어 인체에 해를 가하는 일이 없어야 하고, 생물학적, 화학적으로 안정하여야한다. 또한, 생체 조성물이 생체뼈를 대체하여 이식된 경우, 이식된 부분을 제외한 나머지 뼈 조직과는 강하게 결합하고 하중을 견딜 수 있는 충분한 기계적 강도를 가져야 한다.Biological compositions containing such ceramics, which can replace hard tissues, should be nontoxic and harmless to the human body, and should be biologically and chemically stable. In addition, when the biological composition is implanted in place of the living bone, it must have sufficient mechanical strength to bond strongly with the remaining bone tissue except the implanted portion and to withstand the load.
그러나 현재 사용되고 있는 생체 경조직 대체용 세라믹들은 높은 하중이 실리는 부분에는 사용될 수 없어, 하중이 낮은 부분에만 사용된다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 금속 소재를 사용할 수 있으나, 생체 활성이 낮고 스트레스 실딩(stress sheilding)으로 인하여 뼈와의 결합력이 낮다.However, currently used biohard tissue replacement ceramics cannot be used in high load parts, and thus only in low load parts. Metallic materials may be used to solve these shortcomings, but low bioactivity and low bond strength due to stress sheilding.
따라서, 생체 활성이 높고 실제 뼈와 유사한 기계적 강도를 갖는 재료의 개발이 요구되고 있다. Therefore, there is a need for development of materials having high bioactivity and mechanical strength similar to actual bone.
본 발명은 무기소재와 유기소재로 이루어진 하이브리드 나노 복합소재를 이용하여 생체 조성물 및 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다. It is an object of the present invention to provide a biological composition and a manufacturing method using a hybrid nanocomposite composed of an inorganic material and an organic material.
본 발명의 목적은 칼륨-실리카 세라믹과 고분자를 혼합한 하이브리드 나노 복합체를 포함하는 하이브리드 나노 복합체를 이용한 생체 조성물에 의하여 달성된다.An object of the present invention is achieved by a biological composition using a hybrid nanocomposite comprising a hybrid nanocomposite mixed with a potassium-silica ceramic and a polymer.
본 발명의 또 다른 목적은 졸-겔 공정을 이용하여 칼슘-실리카 세라믹 분말을 형성하는 단계; PLA를 클로로포름에 용해하여 PLA 용액으로 형성하는 단계; 및 상기 PLA 용액에 상기 칼슘-실리카 세라믹 분말을 분산시키는 단계를 포함하는 하이브리드 나노 복합체를 이용한 생체 조성물 제조방법에 의하여 달성된다.Another object of the present invention is to form a calcium-silica ceramic powder using a sol-gel process; Dissolving PLA in chloroform to form a PLA solution; And dispersing the calcium-silica ceramic powder in the PLA solution.
본 발명의 하이브리드 나노 복합체를 이용한 생체 조성물 및 그 제조방법은 졸-겔법을 이용하여 저온에서도 고순도의 실리카를 포함한 소재를 형성할 수 있으며, 특히, 졸-겔 반응과정에서 성형하기 쉬운 장점이 있다.The biological composition and its manufacturing method using the hybrid nanocomposite of the present invention can form a material containing high purity silica at low temperature by using the sol-gel method, in particular, there is an advantage that it is easy to mold during the sol-gel reaction process.
그리고 졸-겔 반응 후, 열처리나 표면처리을 통해 재료의 표면 반응성을 조절할 수 있다.After the sol-gel reaction, the surface reactivity of the material can be controlled by heat treatment or surface treatment.
또한, 칼슘과 아파타이트층이 형성되어 있어, 뼈가 손상된 부분에 적용시 생체활성이 우수한 현저하고도 유리한 효과가 있다.In addition, since calcium and apatite layers are formed, there is a remarkable and advantageous effect of excellent bioactivity when applied to the damaged area of the bone.
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.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 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.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
본 발명에 따른 하이브리드 나노 복합체를 이용한 생체 조성물의 제조 공정 흐름도는 다음과 같다.A flow chart of the preparation of the biological composition using the hybrid nanocomposite according to the present invention is as follows.
칼슘과 실리카 세라믹 겔을 합성한다. 본 발명에 따른 칼슘-실리카 겔은 20CaO80SiO2이며, TEOS(Tetraethoxysilane)를 수용액 중에서 가수분해시킨 후, 중축합시키는 졸-겔법을 사용하여 합성한다.Calcium and silica ceramic gels are synthesized. The calcium-silica gel according to the present invention is 20CaO80SiO 2, and is synthesized by using a sol-gel method of hydrocondensing TEOS (Tetraethoxysilane) in an aqueous solution, followed by polycondensation.
먼저, 분자량 8,000 내지 15,000의 폴리에틸렌 글리콘(Polyethylene glyco, PEG)을 증류수에 넣어 용해시켜 용액으로 형성한다. 이 용액에 50 내지 70 wt%의 질산을 촉매로 첨가하고 교반시킨다.First, polyethylene glyco (PEG) having a molecular weight of 8,000 to 15,000 is dissolved in distilled water to form a solution. 50-70 wt% nitric acid is added as a catalyst to this solution and stirred.
교반이 이루어지는 동안, TEOS를 첨가하고 용액이 투명하게 변할때까지 교반한 후, 추가로 4분 내지 8분 동안 교반한다.While stirring is taking place, TEOS is added and stirred until the solution turns clear, followed by an additional 4 to 8 minutes.
교반이 완료되면, 용액을 플라스틱 용기에 옮긴 후, 밀봉하고 오븐에 넣어 30℃ ~ 60℃온도 15시간 ~ 20시간 동안 에이징시켜 습윤겔(wet gel)로 형성한다.When the stirring is completed, the solution is transferred to a plastic container, sealed and placed in an oven, aged at 30 ° C. to 60 ° C. for 15 to 20 hours to form a wet gel.
습윤겔을 다시 1mol/dm3 질산용액으로 4시간 ~ 8시간 동안 세척하여 겔 속의 수용성 PEG를 제거한다. The wet gel is again washed with 1 mol / dm 3 nitric acid solution for 4-8 hours to remove the water-soluble PEG in the gel.
세척이 완료된 습윤겔을 다시 오븐에 넣고 30℃ ~ 60℃하에서 4일 ~ 7일 동안 건조시킨 후, 500℃ ~ 700℃ 온도의 실리코니트 발열체를 사용하는 전기로를 이용하여 열처리한다. 이때, 승온속도는 100℃/h 를 유지하면서, 원하는 열처리 온도까지 올려 2시간 동안 유지시켜 열처리를 한다.The washed wet gel is put back into the oven and dried for 4 days to 7 days at 30 ° C. to 60 ° C., and then heat-treated using an electric furnace using a silicon heating element having a temperature of 500 ° C. to 700 ° C. At this time, while maintaining the temperature increase rate 100 ℃ / h, the heat treatment is maintained by raising the desired heat treatment temperature for 2 hours.
열처리가 완료되면, 다시 자연냉각시킨 후, 데시케이터(decicator)에 보관한다. After the heat treatment is completed, it is naturally cooled again and stored in a desiccator.
아래 표 1은 칼슘-실리카 겔의 조성물의 정량을 나타낸 것이다.Table 1 below shows the quantification of the composition of calcium-silica gel.
칼슘-실리카 겔
Calcium-silica gel
[Si(OCH2CH3)4]TEOS
[Si (OCH 2 CH 3 ) 4 ]
칼슘-실리카 겔의 조성물이 준비되면, 이를 이용하여 생분해성 하이브리드(biodegradable hybrid)를 제조한다.Once the composition of the calcium-silica gel is prepared, it is used to prepare a biodegradable hybrid.
본 발명에 따른 고분자 PLA(폴리 라틱산:Poly Lactic Acid)는 5~30wt% 그리고 칼슘실리카계 나노복함체(20CaO80SiO2)는 70~95wt%의 비율로 혼합한다.Polymer PLA (Poly Lactic Acid) according to the present invention is 5 ~ 30wt% and calcium silica nanocomposites (20CaO80SiO 2 ) is mixed in a ratio of 70 ~ 95wt%.
먼저, 비이커에 클로로포름 20ml가 담긴 비이커에 마그네틱 교반기를 이용하여 교반을 하면서 PLA(폴리 라틱산:Poly Lactic Acid)를 첨가한다. 교반은 PLA가 완전히 용해될때까지 시행한다. First, PLA (Poly Lactic Acid) is added to a beaker containing 20 ml of chloroform in a beaker while stirring using a magnetic stirrer. Agitation is carried out until the PLA is completely dissolved.
PLA가 용해되면, 20CaO80SiO2 겔 분말을 첨가하고 교반을 하여, 20CaO80SiO2 겔 분말이 PLA가 용해된 클로로포름 용액상에 균일하게 분산시킨다. 분산된 시료를 유리판 위에 부어 건조시킨다.Once PLA is dissolved, 20CaO80SiO 2 gel powder is added and stirred to uniformly disperse the 20CaO80SiO 2 gel powder on the chloroform solution in which PLA is dissolved. The dispersed sample is poured onto a glass plate and dried.
이렇게 제조된 하이브리드 생체 조성물이 생체활성을 하는지 여부를 판별하기 위하여 평가실험을 실시한다.Evaluation experiments are carried out to determine whether the hybrid biological composition thus prepared is bioactive.
평가실험으로는 동물실험, 세포증식 실험 및 용액 반응실험이 있다.Evaluation experiments include animal experiments, cell proliferation experiments and solution reaction experiments.
본 발명에 따른 생체활성 판단 실험은 용액 반응실험으로써, 이에 사용되는 용액은 Kokubo 등에 의해 1980년대 중반부터 사용하기 시작한 SBF(Simulated Body Fluid)용액을 사용한다.The bioactivity determination experiment according to the present invention is a solution reaction experiment, and the solution used here uses a SBF (Simulated Body Fluid) solution that has been used since the mid-1980s by Kokubo et al.
표 2는 SBF용액을 구성하는 성분을 나타낸 것으로 인간의 혈장과 비교시 거의 동일함을 알 수 있다. SBF를 이용할 경우, 생체 내에 이식한 생체활성 유리나 결정화 유리와 같은 실리카 소재의 생체 재료가 생체 내에서 아파타이트의 형성을 정확히 재현할 수 있다.Table 2 shows the components constituting the SBF solution, which can be seen to be almost identical to human plasma. When SBF is used, a biomaterial made of silica material such as bioactive glass or crystallized glass implanted in a living body can accurately reproduce the formation of apatite in a living body.
성분
ingredient
mM
[표 3]은 SBF 제조를 위해여 필요한 시약을 나타낸 것이다. SBF를 제조하기 위하여 NaCl, NaHCO3, KCL, K2HPO4·H2O, MgCl2·H2O, 1mol/dm3 HCl, CaCl2, Na2SO4, 및 H2NC(CH2OH)3를 사용한다.Table 3 shows the reagents needed for the preparation of SBF. For the production of SBF NaCl, NaHCO 3, KCL,
먼저 비이커에 증류수를 채운 후, 항온조 속에 넣고 온도를 30~40℃를 유지한다. 다음으로 앞서 기술한 시약을 순서대로 넣어가면서 마그네틱 교반기를 이용하여 교반한다. 이때, 시약이 완전히 녹은 것을 확인한 후, 다음 시약을 넣는다.First, fill the beaker with distilled water, put it in a thermostat and maintain the temperature of 30 ~ 40 ℃. Next, the above described reagents are sequentially added while stirring using a magnetic stirrer. At this time, after confirming that the reagent is completely dissolved, add the next reagent.
그리고 비커 속에 용액의 36.5℃에서 pH가 7.25가 되도록 Tris-Buffer Solution (Tris(hydroxymethyl) aminomethane, H2NC(CH2OH)3)과 1N-HNO3용액을 사용하여 최종적으로 36.5℃에서의 pH를 조절한다. 그리고 비커에서 용적(volumetric) 측정을 위한 유리 플라스크로 옮겨 넣어 전체 용량이 1000ml가 되게 증류수로 채운 다. 마지막으로 흔들어 섞은 후, 깨끗한 폴리에틸렌 병에 넣어 실험에 사용한다.Finally, the pH at 36.5 ° C was finally achieved by using Tris-Buffer Solution (Tris (hydroxymethyl) aminomethane, H 2 NC (CH 2 OH) 3 ) and 1N-HNO 3 solution to pH 7.25 at 36.5 ° C. Adjust It is then transferred to a glass flask for volumetric measurement in a beaker and filled with distilled water to a total volume of 1000 ml. Finally, shake and mix in a clean polyethylene bottle for use in experiments.
SBF가 준비되면, 폴리스티렌 병 속에 SBF 30ml 정도 넣고 시편인 하이브리드 생체 조성물 겔을 소정의 크기로 잘라 넣고 인체의 체온과 같은 36.5℃의 인큐베이터 속에 넣고 일정기간 방치한다.When SBF is prepared, about 30 ml of SBF is placed in a polystyrene bottle, and the specimen hybrid biocomposite gel is cut into a predetermined size and placed in an incubator at 36.5 ° C. equal to the body temperature of the human body and left for a certain period of time.
일정 기간이 지난 후, 시편을 꺼내 증류수로 세척하고 대기 중에서 자연건조한다.After a certain period of time, the specimens are removed, washed with distilled water and air dried in air.
시편 표면은 XRD(X-ray diffraction), FT-IR reflection spectroscopy 및 SEM을 이용하여 측정한다. XRD를 이용한 측정을 살 때, 시표 표면과 입사 빔이 이루는 각도는 1°로 설정하였다. FT-IR reflection spectroscopy의 경우 반사각을 75도로 고정하였다. 이러한 설정을 이용할 경우, 1㎛ 두께의 표면 분석이 가능하다.Specimen surfaces were measured using XRD (X-ray diffraction), FT-IR reflection spectroscopy and SEM. When buying a measurement using XRD, the angle between the target surface and the incident beam was set to 1 °. For FT-IR reflection spectroscopy, the reflection angle was fixed at 75 degrees. Using this setting, a 1 μm thick surface analysis is possible.
분석 1. 20
도 1과 도 2는 본 발명에 따른 칼슘-실리카(20CaO80SiO2)의 FTIR과 XRD이다.1 and 2 are FTIR and XRD of calcium-silica (20CaO80SiO 2 ) according to the present invention.
앞서 기술한 공정에서 열처리된 20CaO80SiO2 겔 분말은 FT-IR 스펙트럼으로부터 실라놀기(Si-OH)를 충분히 포함하고 있음을 알 수 있다. 그리고 XRD로부터 비정질(amorphous)임을 알 수 있다.It can be seen that the 20CaO80SiO 2 gel powder heat-treated in the above-described process sufficiently contains silanol groups (Si-OH) from the FT-IR spectrum. And it can be seen that the amorphous (amorphous) from the XRD.
도 3은 본 발명에 따른 칼슘-실리카의 SEM이미지이다.3 is an SEM image of calcium-silica according to the present invention.
20CaO80SiO2 겔 분말의 입자들 모두가 구형을 나타내고 있으며, 이러한 형태는 PLA가 용해된 클로로포름을 이용하여 하이브리드 복합체를 형성시, 겔 분말의 유동특성이 우수하여 용액내에서 분산이 용이하다는 장점이 있다.All of the particles of 20CaO80SiO 2 gel powder are spherical, and this form has the advantage that the gel powder is excellent in the flow characteristics of easy to disperse in solution when forming a hybrid composite using the chloroform dissolved PLA.
열처리된 20CaO80SiO2 겔 분말은 그 표면에 아파타이트 층이 형성되어 생체 뼈와 결합할 수 있는 생체활성 특성을 갖게 된다. The heat treated 20CaO80SiO 2 gel powder has an apatite layer formed on its surface to have bioactive properties capable of binding to living bone.
도 4는 본 발명에 따른 SBF에 침적된 20CaO80SiO2 겔 분말의 XRD이다.4 is an XRD of 20CaO80SiO 2 gel powder deposited on SBF according to the present invention.
열처리된 20CaO80SiO2 겔 분말의 생체활성을 확인하기 위하여 각각 12시간, 1일, 3일 및 1주 동안 SBF에 침적시킨 후, 다시 꺼내어 표면을 XRD를 측정한다.In order to confirm the bioactivity of the heat-treated 20CaO80SiO 2 gel powder, it was immersed in SBF for 12 hours, 1 day, 3 days and 1 week, and then taken out again to measure the surface of the XRD.
이 중, SBF에 1일 이상 침적된 20CaO80SiO2 겔 분말로부터 아파타이트에 기인한 피크(peak)가 나타남을 알 수 있다. 그리고 침적시간이 증가할수록 피크의 세기가 커짐을 알 수 있다.Among them, it can be seen that a peak due to apatite appears from 20CaO80SiO 2 gel powder deposited on SBF for at least one day. As the deposition time increases, the peak intensity increases.
도 5는 본 발명에 따른 SBF에 침적된 20CaO80SiO2 겔 분말의 SEM 이미지이다.5 is an SEM image of 20CaO80SiO 2 gel powder deposited on SBF according to the present invention.
도 3과 비교시 20CaO80SiO2 겔 분말 표면에 인편상(platelike) 입자들이 형성되었음을 알 수 있다. 이들 인편상 입자들은 도 4의 XRD에서 살펴본 바와 같이 아파타이트로 판정되었으며, 이 인편상 입자의 형태는 용융법으로 제조한 각종 생체활성 유리 및 결정화 유리를 SBF에 침적하였을 때, 그 표면에 형성되는 아파타이트 입자의 형태와 거의 유사하다. It can be seen that platelike particles were formed on the surface of 20CaO80SiO 2 gel powder when compared with FIG. 3. These flaky particles were determined to be apatite, as seen in XRD of FIG. 4, and the flaky particles were formed on the surface of the flaky particles when various bioactive glasses and crystallized glasses prepared by melting were deposited on SBF. Almost similar to the shape of the particles.
분석 2.
앞서 기술한 바와 같이 열처리가 완료된 20CaO80SiO2는 최종 생체활성 조성물로 형성하기 위하여 PLA가 용해된 클로로포름에 용액에 분산시킨다.As described above, the heat treated 20CaO80SiO 2 is dispersed in a solution in chloroform dissolved PLA to form a final bioactive composition.
도 6은 본 발명에 따른 PLA/20CaO80SiO2의 SEM 이미지이다.6 is an SEM image of PLA / 20CaO80SiO 2 according to the present invention.
SEM이미지를 통하여 20CaO80SiO2 겔 분말이 PLA와 균일하게 혼합되어 있음을 알 수 있다.SEM image shows that 20CaO80SiO 2 gel powder is uniformly mixed with PLA.
PLA가 용해된 클로로포름에 용액에 20CaO80SiO2을 분산시킨 PLA/20CaO80SiO2은 유연성을 지니고 있어 약간의 수분이 가해지면 구부림에 의한 손상도 방지할 수 있어 가공성이 우수하다. PLA / 20CaO80SiO 2, in which 20CaO80SiO 2 is dispersed in a solution in PLA-dissolved chloroform, has the flexibility to prevent bending damage even when a little moisture is applied. There is excellent workability.
생체활성 PLA/20CaO80SiO2 하이브리드 제조 시 중요한 인자 중의 한 가지는 생체활성인 20CaO80SiO2 겔 분말을 PLA에 균일하게 분산하는 것이다. 20CaO80SiO2 겔 분말의 분산 정도를 알아보기 위하여 PLA/20CaO80SiO2 하이브리드의 표면을 SEM으로 나타내고(도 7), 원소별로 맴핑(mapping)한 결과를 도 8 내지 도 11에 도시하였다. 그리고 그 표면의 에너지 분산(ED) 스펙트럼을 도 12에 나타내었다.Bioactive PLA / 20CaO80SiO 2 One of the important factors in hybrid production is the bioactive 20CaO80SiO 2 The gel powder is to be uniformly dispersed in PLA. 20CaO80SiO 2 PLA / 20CaO80SiO 2 to determine the dispersion of gel powder The surface of the hybrid is shown by SEM (FIG. 7), and the results of the element mapping are shown in FIGS. 8 to 11. And the energy dispersion (ED) spectrum of the surface is shown in FIG.
먼저 도 8은 Ca, 도 9는 Si, 도 10은 O 그리고 도 11은 C의 맵핑 결과 이미지이다.First, FIG. 8 is Ca, FIG. 9 is Si, FIG. 10 is O, and FIG. 11 is a mapping result image.
도면을 살펴보면, PLA의 주요성분인 카본(C)은 시료 표면 전체에 걸쳐 분포되어 있음을 알 수 있다. 그리고 20CaO80SiO2의 주성분인 칼슘(Ca)과 실리콘(Si) 성분은 주로 SEM 사진의 흰색 입자들이 분포하는 곳에서 균일하게 분포하고 있다.Looking at the drawings, it can be seen that the main component of the carbon (C) is distributed throughout the sample surface. In addition, calcium (Ca) and silicon (Si) components, which are the main components of 20CaO80SiO 2 , are uniformly distributed in the place where the white particles of the SEM photograph are distributed.
이러한 결과는 도 12의 에너지 분산(ED) 스펙트럼을 통하여 확인할 수 있다. 즉, 생체활성 무기물 입자인 20CaO80SiO2 겔 분말이 균일하게 PLA와 함께 균일하게 분포하고 있음을 알 수 있다. 즉, PLA/20CaO80SiO2 하이브리드를 제조하기 위하여 PLA를 용해시킨 클로로포름 용액에 20CaO80SiO2을 분산시키는 방법이 바람직하다는 것을 알 수 있다.This result can be confirmed through the energy dispersion (ED) spectrum of FIG. 12. That is, it can be seen that 20CaO80SiO 2 gel powder, which is a bioactive inorganic particle, is uniformly distributed with PLA. PLA / 20CaO80SiO 2 It can be seen that a method of dispersing 20CaO80SiO 2 in a chloroform solution in which PLA is dissolved to prepare a hybrid is preferable.
분석 3.
하이브리드가 생체 조성물로서 생체활성을 나타내는 필수조건은, 생체 내에서 그 표면에 뼈와 유사한 조성과 구조를 가지는 아파타이트의 층을 형성하는 것이다.The essential condition for a hybrid to exhibit bioactivity as a biological composition is to form a layer of apatite having a bone-like composition and structure on its surface in vivo.
하이브리드 생체 조성물 표면에 이러한 아파타이트의 층이 형성되면, 섬유성의 피막을 형성하는 섬유아 세포의 증식보다 뼈를 만드는 골아세포의 증식이 더욱 활발해져, 뼈 표면의 아파타이트의 층과 직접 접촉하여 결합하게 된다.When the layer of apatite is formed on the surface of the hybrid biological composition, osteoblast proliferation is more active than that of fibroblasts forming the fibrous coating, and the direct contact with the layer of apatite on the surface of the bone is caused.
SBF를 사용하여 생체 환경하에서의 아파타이트 형성 능력을 조사하기 위하여 20CaO80SiO2 겔 분말을 첨가하지 않은 순수한 PLA 재료의 아파타이트 형성능과 PLA/20CaO80SiO2 하이브리드 재료의 아파타이트 형성능을 비교하기 하였다.In order to investigate the ability to form apatite in a living environment using SBF, the apatite forming ability of pure PLA material without 20CaO80SiO 2 gel powder was compared with that of PLA / 20CaO80SiO 2 hybrid material.
도 13a 및 도 13b는 순수한 PLA를 SBF에 침적한 전 후의 SEM 이미지이다.13A and 13B are SEM images before and after pure PLA was deposited on SBF.
PLA의 경우 SBF에 침적하기 전이나 1주일 침적 후에도 표면에 아무런 변화가 없다.For PLA, there is no change in surface before or after 1 week of deposition in SBF.
도 14a 및 도 14b는 PLA/20CaO80SiO2 하이브리드를 SBF에 침적한 시료의 SEM 이미지이다.14A and 14B are SEM images of samples in which PLA / 20CaO80SiO 2 hybrids were deposited on SBF.
PLA/20CaO80SiO2 하이브리드의 경우 표면에 인편상의 입자들이 형성되어 있음을 알 수 있다. 이 인편상의 입자들은 앞서 살펴본 도 15 및 도 16의 XRD와 도 17의 FR-IR 스펙트럼 분석결과에서 나타난 바와 같이 아파타이트로 판명되었다.In the case of PLA / 20CaO80SiO 2 hybrid, it can be seen that flaky particles are formed on the surface. These flaky particles were found to be apatite as shown in the XRD of FIG. 15 and FIG. 16 and FR-IR spectrum analysis of FIG.
따라서, PLA/20CaO80SiO2 하이브리드는 생체 환경하에서 그 표면에 아파타이트를 형성하여 생체 뼈와 결합할 수 있다는 것을 알 수 있다.Thus, it can be seen that PLA / 20CaO80SiO 2 hybrid can form apatite on its surface in a living environment and bind to living bone.
이러한 이유는 PLA/20CaO80SiO2 하이브리드가 SBF에 침적하면 주의 SBF의 아파타이트에 대한 과포하도를 높이기 위해 PLA/20CaO80SiO2 하이브리드 재료로부터 Ca 이온을 용출하고 PLA/20CaO80SiO2 하이브리드의 재료 표면에 수화 실리케이트 이온의 관능기를 형성하여 아파타이트에 대해서 특별히 작은 계면에너지를 제공할 수 있는 기반을 형성할 수 있기 때문이다.This is because when PLA / 20CaO80SiO 2 hybrid is deposited on SBF, Ca ions are eluted from PLA / 20CaO80SiO 2 hybrid material and the functional groups of hydrated silicate ions on the material surface of PLA / 20CaO80SiO 2 hybrid in order to increase the supersaturation of caution SBF to apatite. This is because it can form a base that can provide a particularly small interfacial energy for the apatite.
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 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.
도 1은 본 발명에 따른 칼슘-실리카(20CaO80SiO2)의 FTIR,1 is FTIR of calcium-silica (20CaO80SiO 2 ) according to the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 칼슘-실리카(20CaO80SiO2)의 XRD,2 is XRD of calcium-silica (20CaO80SiO 2 ) according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 칼슘-실리카의 SEM이미지,3 is an SEM image of calcium-silica according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 SBF에 침적된 20CaO80SiO2 겔 분말의 XRD,4 is XRD of 20CaO80SiO 2 gel powder deposited on SBF according to the present invention,
도 5는 본 발명에 따른 SBF에 침적된 20CaO80SiO2 겔 분말의 SEM 이미지,5 is an SEM image of 20CaO80SiO 2 gel powder deposited on SBF according to the present invention,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 PLA/20CaO80SiO2의 SEM 이미지,6 and 7 are SEM images of PLA / 20CaO80SiO 2 according to the present invention,
도 8 내지 도 11은 원소별로 맴핑(mapping) 이미지, 8 to 11 illustrate a mapping image for each element,
도 12는 본 발명에 따른 PLA/20CaO80SiO2의 에너지 분산(ED) 스펙트럼,12 is an energy dispersion (ED) spectrum of PLA / 20CaO80SiO 2 according to the present invention,
도 13a 및 도 13b는 순수한 PLA를 SBF에 침적한 전 후의 SEM 이미지,13a and 13b are SEM images before and after immersing pure PLA in SBF,
도 14a 및 도 14b는 PLA/20CaO80SiO2 하이브리드를 SBF에 침적한 시료의 SEM 이미지,14A and 14B are SEM images of a sample in which PLA / 20CaO80SiO 2 hybrid was deposited on SBF,
도 15 및 도 16은 PLA/20CaO80SiO2 하이브리드 표면의 XRD,15 and 16 show XRD of PLA / 20CaO80SiO 2 hybrid surface;
도 17은 PLA/20CaO80SiO2 하이브리드 표면의 FR-IR. 17 is FR-IR of PLA / 20CaO80SiO 2 hybrid surface.
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|---|
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