KR101034207B1 - 유/무기 용매에 분산 가능한 수산화 아파타이트 제조 방법 - Google Patents

Abstract

유/무기 용매에 분산 가능한 수산화 아파타이트 제조 방법을 제공한다. 본 발명에서는 에탄올, 지방산, 젤라틴, 칼슘염 및 인산염을 포함하는 혼합 용액을 제공한 다음, 상기 용액의 pH를 5 ~ 10으로 조절하고, 상기 용액에 열을 가하여 수산화 아파타이트 침전물을 생성한 후, 상기 침전물을 건조시킨다. 본 발명에 따르면, 생체 친화적인 젤라틴의 첨가로 인해 유/무기 용매 안에서 분산 안정성이 매우 우수한 수산화 아파타이트를 나노분말의 형태로 제조할 수 있으며, pH의 조절을 통하여 추가적으로 유/무기 분산 특성 변화가 가능하다.

수산화 아파타이트, 유/무기 분산, 지방산, 젤라틴, 계면활성제

Description

유/무기 용매에 분산 가능한 수산화 아파타이트 제조 방법 {Method for manufacturing organic/inorganic solvent dispersible hydroxy apatite}

본 발명은 수산화 아파타이트 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분산능이 개선되어 생체친화적인 유/무기 용매에 분산 가능한(이하, '유/무기 분산') 수산화 아파타이트 나노분말 제조 방법에 관한 것이다.

수산화 아파타이트[Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂]는 크기, 결정도, 형태에 있어서 인간 신체의 뼈 조직과 가장 유사하기 때문에 노화 또는 사고에 의해 손상된 뼈 조직을 대체하는 물질로 활용되고 있고, 생체적합성이 우수하여 정형외과 혹은 치과용 임플란트의 표면특성을 향상시켜 뼈 생성을 개선하기 위한 코팅 물질로도 이용되고 있다. 또한, 수산화 아파타이트는 실제 뼈의 기계적 성질을 유지하는 것뿐만 아니라, 골전도, 단백질 부착, 골아세포 증식에 양호한 환경을 제공하는 중요한 역할을 한다. 따라서, 수산화 아파타이트를 인공 뼈와 같은 세라믹/고분자 복합체(고분자 매트릭스에 포함된 수산화 아파타이트 복합체)에 이용하려는 연구가 많이 진행되고 있다.

일반적으로 복합체의 제조에서 용액 상의 공정을 요구하기 때문에, 용액 상에서 수산화 아파타이트의 균일하고 안정된 분산능은 균일한 구조와 벌크 성질을 갖는 나노 복합체 제조에 결정적 역할을 한다. 그런데 수산화 아파타이트 나노분말은 높은 밀도뿐만 아니라 입자간 반 데르 발스(van der Waals) 상호작용 및 수소 결합에 의해 복합체 제조시 용액 내에서 응집이 심해 침전으로 분리되는 경향이 있다. 따라서, 뼈와 동일한 성질을 갖는 복합체를 생산하기 위해서는 수산화 아파타이트 표면 개질과 화학적 성질에 대한 연구가 필요하다.

최근에는 지방산(fatty acid)을 이용하여 수산화 아파타이트 표면에 알킬체인을 흡착하여 유/무기 분산 특성을 가지게 하고 있으나, 짧은 침적시간과 적은 양의 솔리드 로딩(solid loading)으로 분산 특성에 효과적이지 못하다. 그리고 분산 특성을 개선하기 위해 첨가하는 물질이 인체에 유해한 것이다.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 인체에 무해하고 긴 침적시간과 높은 솔리드 로딩을 가지는 유/무기 분산 수산화 아파타이트 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 수산화 아파타이트 제조 방법은, 에탄올, 지방산, 젤라틴, 칼슘염 및 인산염을 포함하는 혼합 용액을 제공하는 단계; 상기 용액의 pH를 5 ~ 10으로 조절하는 단계; 상기 용액에 열을 가하여 수산화 아파타이트 침전물을 생성하는 단계; 및 상기 침전물을 건조시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 생체 친화적인 젤라틴의 첨가로 인해 유/무기 용매 안에서 분산 안정성이 매우 우수한 수산화 아파타이트를 나노분말의 형태로 제조할 수 있으며, pH의 조절을 통하여 추가적으로 유/무기 분산 특성 변화가 가능하다. 본 발명에 따라 제조되는 수산화 아파타이트는 기존에 분산능 향상을 위한 여타 조건에서보다 수산화 아파타이트 분산 효과에 있어서 뛰어난 특성을 지니게 된다. 또한, 젤라틴의 첨가는 젤라틴의 흡착 방법과 구조를 통하여 수산화 아파타이트의 침적시간과 솔리드 로딩을 증가시킨다. 본 발명에 따라 젤라틴 등에 의해 표면 개질된 수산화 아파타이트는 복합체로 제조시 고분자-세라믹간의 계면접착력을 증가시켜 기계적 강도 및 인성 등의 기계적 물성을 향상시킨다.

따라서, 본 발명의 방법에 따르면 지방산으로부터 유래하는 알킬체인의 특성과 젤라틴의 첨가, pH의 조절을 통하여 특정 응용 분야에서 요구되는 사양에 맞는 물성을 갖는 수산화 아파타이트를 간단한 방법으로 제조할 수 있게 된다. 이에 따라 본 발명은 인체에 사용되는 수산화 아파타이트 복합체와 단백질 부착, 골아세포 증식 용도에 있어 매우 유용한 수산화 아파타이트를 제공할 수 있다.

이하, 첨부 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으 며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 유/무기 분산 수산화 아파타이트(이후 HAp로 표기하기도 함) 제조 방법의 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 첫 번째 단계(각각 S1)에서 에탄올, 지방산, 젤라틴, 칼슘염 및 인산염을 포함하는 혼합 용액을 제공한다. 이 혼합 용액에는 양이온 계면활성제가 더 포함될 수 있다.

바람직하기로는 다음의 세부 과정을 통해 혼합 용액을 준비한다. 먼저, 에탄올에 지방산과 젤라틴을 용해시킨 용매를 제공한다(S1_1). 혼합 용액에 양이온 계면활성제를 더 포함시키는 경우에는 이 단계에서 더 포함시킬 수 있다. 다음, 이 용매에 칼슘염을 첨가하고 나서(S1_2), 인산염을 첨가(S1_3)함으로써 혼합 용액을 만든다.

양이온 계면활성제를 첨가하지 않는 경우에는 무기 용매에 분산이 잘 되는 수산화 아파타이트를 제조할 수 있으며, 양이온 계면활성제를 첨가하는 경우에는 유기 용매에 분산이 잘 되는 수산화 아파타이트를 제조할 수 있다. 특히, 젤라틴의 첨가로 인해 분산 특성이 개선되며, 후술하는 바와 같이 젤라틴의 흡착 방법과 구조를 통하여 침적시간과 솔리드 로딩도 증가시킬 수 있다.

여기서, 지방산으로는 부티르산(butyric acid), 카프로산(caproic acid), 카프릴산(caprylic acid), 카프릭산(capric acid), 로르산(lauric acid), 미리스트 산(myristic acid), 팔미트산(palmitic acid), 마르가르산(margaric acid), 스테아르산(stearic acid), 아라키딕산(arachidic acid), 비헤닉산(behenic acid), 리노세릭산(lignoceric acid), 올레산(oleic acid), 가돌레산(gadoleic acid), 에루스산(erucic acid), 넬보닌산(nervonic acid), 리놀레산(linoleic acid), 감마리놀레산, 알파리놀레산, DGLA(dihomo gamma linolenic acid), 파리나르산(parinaric acid), ETA(eicosatetraenoic acid), EPA(eicosapentaenoic acid), DPA(docosapentaenoic acid) 또는 DHA(docosahexanoic acid)를 이용할 수 있다.

양이온 계면활성제로는 아민화합물, 예컨대 메틸아민, 에틸아민, n-프로필아민, i-프로필아민, n-부틸아민, i-부틸아민, t-부틸아민, n-펜틸아민, n-헥실아민, n-헵틸아민, n-옥틸아민, 2-에틸헥실아민, n-노닐아민, n-데실아민, 도데실아민, 테트라데실아민, 헥사데실아민, 헵타데실아민 또는 옥타데실아민(octadecylamine)을 이용할 수 있다.

칼슘염으로는 질산칼슘(Ca(NO₃)₂), 염화칼슘(CaCl₂) 또는 아세트산칼슘(Ca(CH₃CO₂)₂)을 이용할 수 있다.

인산염으로는 인산(H₃PO₄), 제1인산나트륨(NaH₂PO₄), 제2인산나트륨(Na₂HPO₄), 제1인산칼륨(KH₂PO₄), 제2인산칼륨(K₂HPO₄), 제1인산암모늄((NH₄)H₂PO₄) 또는 제2인산암모늄((NH₄)₂HPO₄)을 이용할 수 있다.

이 때, 혼합 용액 중의 지방산의 농도는 바람직하게 0.25 ~ 1 M이 되도록 용 해시킨다. 또한, 젤라틴의 농도는 바람직하게 0.1 ~ 0.5 wt%를 용해시키고, 양이온 계면활성제를 첨가하는 경우 그 농도는 바람직하게 0.05 ~ 0.1 M이 되도록 용해시킨다. 지방산이 1 M보다 많아 그 함량이 너무 많으면 HAp 생성 수율이 낮고, 0.25 M보다 작아 미량일 경우 분산 특성에 있어서 첨가 효과가 미미하다. 젤라틴이 0.5 wt%보다 많아 그 함량이 너무 많으면 솔리드 로딩 측면에서 바람직하지 않고, 0.1 wt%보다 작아 미량일 경우 분산 특성에 있어서 첨가 효과가 미미하다. 양이온 계면활성제가 0.1 M보다 많아 그 함량이 너무 많으면 솔리드 로딩 측면에서 바람직하지 않고, 0.05 M보다 작아 미량일 경우 유기 용매 분산 특성에 있어서 첨가 효과가 적다.

혼합 용액 중의 칼슘염의 농도는 10^-3 ~ 1 M, 바람직하게 0.05 ~ 0.1 M이 되도록 용해시키고 칼슘염과 인산염에 대한 Ca/P 몰비가 1 ~ 10이 되도록 인산염을 용해시킨다. 예컨대, 수산화 아파타이트의 제조시 상기 Ca/P의 화학양론적 몰비는 약 1.67이지만, 상기 몰비보다 크거나 작은 값을 갖는 용액도 본 발명에서 사용 가능하다. Ca/P의 몰비가 1보다 작은 경우에는 건조된 분말에 인산일칼슘 등의 이차상이 잔류하며, 10보다 큰 경우에는 침전물에 칼슘염이 존재하여 순수한 수산화 아파타이트의 생성이 곤란하다.

본 발명의 두 번째 단계(S2)에서는 각종 유/무기산과 염기를 이용하여 상기 혼합 용액 pH를 5 ~ 10으로 조절한다. 염산, 황산, 질산, 과염소산 등과 같은 무기산, 수산화나트륨 용액과 같은 염기, 시트르산과 같은 유기산이 pH 조절에 이용 될 수 있다. 실험예 6 내지 9에서 후술하는 바와 같이, pH에 따라서 최종적으로 생성된 수산화 아파타이트 입자의 형태와 상이 달라지며 분산 특성 또한 변화된다.

본 발명 세 번째 단계(S3)에서는 상기 혼합 용액에 열을 가하여, 예컨대 30 ~ 200 ℃, 바람직하게는 80 ~ 120 ℃에서 반응시켜 침전물을 생성한다. 반응 온도가 30 ℃보다 낮으면 수산화 아파타이트로 생성되는 데 이차상이 생기거나 반응 시간이 길어져 문제가 있고, 반응 온도가 200 ℃보다 높으면 압력용기가 필요하거나 균일한 입자 크기와 분산 특성을 얻기가 힘들다. 특히 반응 온도가 80 ~ 120 ℃에서는 압력용기가 필요하지 않고 간단한 용기에서 균일한 입자 크기와 분산능의 효과를 극대화할 수 있다.

반응 시간은 2 시간에서 96 시간으로, 바람직하게는 2 시간에서 24 시간이 적절하고, 8 시간이 가장 바람직하다. 반응 시간이 너무 짧으면 순수한 수산화 아파타이트를 얻기 힘들고 너무 길면 공정의 균일한 입자와 분산 특성을 얻기 힘들다.

마지막 단계(S4)로 상기 세 번째 단계(S3)에서 생성된 침전물을 여과 및 건조시켜 분말 형태의 수산화 아파타이트를 얻는다. 본 단계(S4)에서는 통상의 건조 방식, 즉 25 ~ 200 ℃의 온도 및 상압에서 건조할 수 있고 바람직하게는 동결 건조를 이용한다. 일반 건조는 물의 표면장력으로 인하여 입자간의 응집을 발생시킬 우려가 있고 침전물 내에 갇혀 있는 물 분자의 급격한 증발로 인하여 입자 구조가 손상될 우려가 있다. 동결 건조 방식은 입자의 응집을 억제할 수 있기 때문에 미세한 분말을 얻을 수 있다는 점에서 바람직하다.

바람직한 실시예에서, 먼저 에탄올에 지방산인 리놀레산, 양이온 계면활성제인 옥타데실아민, 그리고 젤라틴을 용해시킨 용매를 제공한다. 옥타데실아민과 리놀레산은 에탄올에 매우 균일하게 용해된다. 균일하게 용해된 용매는 입자 크기의 산포가 좁은 HAp을 생성시킬 수 있다.

다음, 이 용매에 칼슘염을 첨가한 후 인산염을 첨가하는데, 이미 전 단계에서 용해된 옥타데실아민에 존재하는 NH₂ 이온은 칼슘염의 첨가로 인해 생긴 Ca²⁺ 이온과 이온 교환을 하게 된다. Ca²⁺ 이온으로 이온 교환이 된 옥타데실아민은 양이온 계면활성제로 작용하게 되고, 소수성 부분인 알킬체인은 바깥쪽으로 존재하게 되어, 이를 이용해 제조한 HAp는 유기 용매에 잘 분산되는 특성을 지니게 된다.

옥타데실아민이 첨가되지 않은 경우에는, 극성 용매인 에탄올에서 리놀레산은 소수성 부분인 알킬체인이 이중층(bilayer)으로 존재하게 된다. HAp 표면의 OH^- 와 친수성 부분인 카르복실기는 흡착하게 되고 리놀레산은 이중층으로 존재하고 있었으므로, 바깥쪽 부분도 친수성 영역인 카르복실기 그룹이 존재하게 되어, 이를 이용해 제조한 HAp는 무기 용매에 잘 분산되는 특성을 지니게 된다.

양친매성 고분자인 젤라틴에 있어서의 흡착 방법은 비이온 흡착과 이온 흡착의 2 가지가 있다. 비이온과 흡착할 경우에는 젤라틴의 소수성 구간에서 잘 흡착되는데 이 때의 젤라틴의 구조는 트레인(train) 구조이다. 이 경우에는 양이온 계면활성제와 젤라틴이 매우 경쟁적으로 전구체(수산화 아파타이트가 생성되기 전단 계의 중간 반응물인 인산칼슘화합물)에 흡착하게 되므로 더욱 안 좋은 분산 특성을 지니게 된다. 이온 흡착 경우에는 전하에 의한 정전기적 흡착을 하게 되는데, 바람직한 실시예에 따라 칼슘염을 첨가한 후 전체 혼합 용액 pH는 5 ~ 6을 띠게 되며 이 때 젤라틴의 등전점(isoelectric point)은 음전하를 가지고 있어 양이온인 칼슘 이온에 잘 흡착하게 된다. 이렇게 흡착된 젤라틴은 친수성 구간에서 이온과 흡착하게 되는데 이 때의 젤라틴의 구조는 테일(tail) 구조이다. 테일 구조를 가지면서 흡착된 젤라틴은 양이온 계면활성제로 작용하는 다른 첨가물과 경쟁적이지 않으므로, 칼슘 이온에 첨가된 젤라틴과 양이온 계면활성제는 서로 공생하고 잘 흡착하여 매우 뛰어난 분산 특성을 보이게 된다.

또한, 본래 알킬체인을 이용한 분산 메커니즘에 있어서 한 가지 종류의 알킬체인을 흡착한 입자보다 체인 수가 다른 두 가지 종류의 알킬체인을 이용함에 있어 더욱 뛰어난 분산능을 보이게 된다. 그 이유는 한 가지 종류의 알킬체인을 사용한 경우에는 입자와 입자간 알킬체인 사이사이로 알킬그룹들이 응집하여 분산능이 떨어지게 되지만 서로 길이가 다른 알킬체인이 입자에 붙어 있는 경우 알킬그룹들의 응집이 거의 일어나지 않기 때문이다. 이러한 원리로 젤라틴의 첨가는 더욱 뛰어난 분산능, 이에 따른 긴 침적시간과 솔리드 로딩을 향상시키는 역할을 하게 된다.

다음의 표 1은 젤라틴의 첨가 여부에 따라 분산능과 솔리드 로딩, 침적시간을 비교한 결과로서, 후술하는 실험예 1, 2, 10 및 11의 결과를 정리한 것이다. 표에서 ○는 젤라틴을 첨가한 경우, × 는 젤라틴을 첨가하지 않은 경우이다.

표 1에서 보는 바와 같이 젤라틴을 첨가한 경우가 첨가하지 않은 경우보다 분산능이 우수하며 솔리드 로딩이 크고 침적시간이 길다. 이상과 같이, 본 발명에 따르면 젤라틴의 첨가에 따라 분산능이 향상된 유/무기 분산 수산화 아파타이트를 제조할 수 있다. 인체에 주로 사용되는 수산화 아파타이트의 분산 특성을 제어하는 기존 방법은 인체에 유해한 분산제를 사용하고 낮은 침적시간과 솔리드 로딩의 문제가 있으나, 본 발명에 따라 젤라틴을 이용해 수산화 아파타이트를 제조하면 유/무기 분산 특성에서 뛰어난 침적시간과 높은 솔리드 로딩을 가지게 된다.

이하, 전술한 본 발명의 다양한 측면을 구체적인 실험예들을 통해 보다 상세히 설명한다. 다음의 실험예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니라, 본 발명을 구현하는 예시적인 것에 불과하다.

모든 실험예에 있어서, 최종 결과물에 대해 X선 회절분석을 행하였으며, 최종 결과물의 형상 및 크기를 관찰하고자 주사전자현미경(FE-SEM)으로 관찰하였다. 또한, 분산 특성을 알아보기 위하여 최종 결과물을 유/무기 용매에 분산시킨 후 침적시간을 관찰하였고, 솔리드 로딩을 구하였다.

<실험예 1 : 리놀레산을 첨가하여 유기물 분산 수산화 아파타이트 제조 - 젤라틴을 첨가하지 않은 비교예 >

에탄올 64 cc에 옥타데실아민(8 mmol, 분말상)과 리놀레산(30 mmol, 액상)을 용해시킨 후, 옥타데실아민과 리놀레산이 균일하게 용해된 용매에 Ca(NO₃)_2· 4H₂O(10 mmol, 분말상)를 30 ml 증류수에 용해시켜 준비한 칼슘염 용액을 부어주었다. 5 분여간 충분한 흔들어준 후 Na₃PO₄(10 mmol, 분말상)를 30 ml 증류수에 용해시켜 준비한 인산염 용액을 부어주어 혼합 용액을 완성하였다(즉, 리놀레산 0.25 M, 옥타데실아민 0.08 M을 용해시킨 에탄올에 0.1 M 칼슘염 농도와 Ca/P 비는 1로 혼합). 그 후 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 95 ℃ 오븐에서 반응시켰다.

<실험예 2 : 리놀레산을 첨가하여 무기물 분산 수산화 아파타이트 제조 - 젤라틴을 첨가하지 않은 비교예 >

옥타데실아민을 첨가하지 않은 것 이외에는 전술한 실험예 1과 동일한 조건으로 혼합 용액을 제조한 후(즉, 리놀레산 0.25 M을 용해시킨 에탄올에 0.1 M 칼슘염 농도와 Ca/P 비는 1로 혼합) 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 95 ℃ 오븐에서 반응시켰다.

<실험예 3 : 로르산을 첨가하여 유/무기 분산 수산화 아파타이트 제조 - 젤라틴을 첨가하지 않은 비교예 >

유기물 분산은 전술한 실험예 1에서, 무기물 분산은 전술한 실험예 2에서 각각 리놀레산 대신에 로르산(30 mmol, 분말상)을 첨가하고, 동일한 조건으로 혼합 용액을 제조한 후 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 95 ℃ 오븐에서 반응시켰다.

<실험예 4 : 올레산을 첨가하여 유/무기 분산 수산화 아파타이트 제조 - 젤라틴을 첨가하지 않은 비교예 >

유기물 분산은 전술한 실험예 1에서, 무기물 분산은 전술한 실험예 2에서 각각 리놀레산 대신에 올레산(30 mmol, 액상)을 첨가하고, 동일한 조건으로 혼합 용액을 제조한 후 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 95 ℃ 오븐에서 반응시켰다.

<실험예 5 : Pluronic p123을 첨가하여 수산화 아파타이트 제조 - 지방산, 젤라틴을 첨가하지 않은 비교예 >

유기물 분산은 전술한 실험예 1에서, 무기물 분산은 전술한 실험예 2에서 각각 리놀레산 대신에 중성 계면활성제의 일종인 Pluronic p123(30 mmol, 액상)을 첨가하고, 동일한 조건으로 혼합 용액을 제조한 후 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 95 ℃ 오븐에서 반응시켰다.

도 2는 실험예 1 내지 5에 따라 얻은 최종 생성물의 X선 회절패턴이다. 그래프에서 x축은 2θ 값이며 y축은 회절피크의 세기(intensity)이다. 도 2를 보면 실험예 1 내지 5 모두 최종적으로 생성된 물질이 수산화 아파타이트인 것을 알 수 있다.

도 3은 실험예 1에서 얻은 수산화 아파타이트의 SEM 사진인데, 약 300 ~ 500 nm 길이의 로드(rod) 형태의 수산화 아파타이트가 제조된 것을 확인할 수 있다. 실험예 2에서 얻은 수산화 아파타이트의 형태와 입자 크기도 실험예 1과 크게 다르지 않다.

도 4는 실험예 3에서 얻은 수산화 아파타이트의 SEM 사진이다. 실험예 3에 따르면 0.5 ~ 1 ㎛ 크기의 입자들이 불균일하게 생성된 것을 볼 수 있고, 추가적인 실험에서 이러한 불균일한 수산화 아파타이트 입자의 분산 특성은 각각의 유/무기 용매에서 현저하게 떨어짐을 확인할 수 있었다.

도 5는 실험예 4에서 얻은 수산화 아파타이트의 SEM 사진이다. 실험예 4에 따라서도 0.5 ~ 1 ㎛ 크기의 입자들이 불균일하게 생성된 것을 볼 수 있고, 실험예 3에서와 마찬가지로 이러한 불균일한 수산화 아파타이트의 입자의 분산 특성은 각각의 유/무기 용매에서 현저하게 떨어짐을 확인할 수 있었다.

도 6은 실험예 5에서 얻은 수산화 아파타이트의 SEM 사진이다. 실험예 5에 따를 경우 100 ~ 200 nm 크기의 입자들이 불균일하게 생성된 것을 볼 수 있고, 이 입자들은 각각의 유/무기 용매에서 분산 특성을 가지고 있지 않아, Pluronic p123은 수산화 아파타이트의 분산 특성에 영향을 미치지 못하는 것으로 확인하였다.

이상의 결과로부터, 리놀레산은 다른 지방산보다 좋은 유기분산 특성을 가지고 있으며 무기물 분산에서도 다른 지방산보다 좋은 분산 특성을 가지고 있음을 확인할 수 있다.

<실험예 6 : pH 2에서 수산화 아파타이트 제조 - 젤라틴을 첨가하지 않은 비교예 >

전술한 실험예 1과 2에서와 동일한 조건으로 혼합 용액을 제조한 후 HNO₃를 이용하여 pH를 2로 조절하고 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 95 ℃ 오븐에서 반응시켰다.

<실험예 7 : pH 6에서 수산화 아파타이트 제조 - 젤라틴을 첨가하지 않은 비교예 >

전술한 실험예 1과 2에서와 동일한 조건으로 혼합 용액을 제조한 후 NaOH를 이용하여 pH를 6으로 조절하고 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 95 ℃ 오븐에서 반응시켰다.

<실험예 8 : pH 10에서 수산화 아파타이트 제조 - 젤라틴을 첨가하지 않은 비교예 >

전술한 실험예 1과 2에서와 동일한 조건으로 혼합 용액을 제조한 후 NaOH를 이용하여 pH를 10로 조절하고 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 95 ℃ 오븐에서 반응시켰다.

<실험예 9 : pH 13에서 수산화 아파타이트 제조 - 젤라틴을 첨가하지 않은 비교예 >

전술한 실험예 1과 2에서와 동일한 조건으로 혼합 용액을 제조한 후 NaOH를 이용하여 pH를 13로 조절하고 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 95 ℃ 오븐에서 반응시켰다.

도 7은 실험예 6 내지 9에 따라 얻은 최종 생성물의 X선 회절패턴이다. 도 7을 참조하면, 실험예 6의 경우에는 최종 생성물의 상이 인산칼슘화합물인 DCPA(Dicalcium phosphate anhydrate)임을 확인할 수 있고, 실험예 7 내지 9의 경우에는 수산화 아파타이트가 생성되어짐을 확인 할 수 있다.

도 8은 실험예 6에 따라 얻은 DCPA의 SEM 사진이다. 도 8에서 보는 바와 같이 실험예 6에 의할 경우에는 5 ~ 7 ㎛ 크기의 DCPA 입자들이 불균일하게 생성된다. 이와 같이, 실험예 6, 즉 pH 2 인 조건에서는 최종 생성물로서 수산화 아파타이트를 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 추가적인 실험에서 DCPA 입자들이 유/무기 분산 특성이 없음을 확인하였다.

도 9는 실험예 7에 따라 최종적으로 얻어진 300 ~ 500 nm 크기의 로드 형상을 갖는 수산화 아파타이트의 SEM 사진이다. 이 때의 분산 특성은 실험예 1 및 2에서의 분산 특성과 크게 다르지 않고 유/무기 용매에서 모두 좋은 분산 특성을 보였다.

도 10은 실험예 8에 따라 최종적으로 얻어진 100 ~ 200 nm 크기의 로드 형상을 갖는 수산화 아파타이트의 SEM 사진이다. 본 실험예 8에 의하면, 유기물 분산을 위한 실험예 1 조건에서 pH를 10으로 조절하게 되면 유기 용매에는 분산이 되지 않으며, 무기 용매에서 좋은 분산 특성을 지니게 된다. 이 때의 침적시간은 1주일 이상이며, 솔리드 로딩은 약 2.0 g/L가 된다. 그러나, 무기 용매 분산을 위한 실험예 2 조건에서 pH를 10으로 조절하게 되면 분산 특성을 잃어버리게 된다.

도 11은 실험예 9에 따라 최종적으로 얻어진 100 ~ 200 nm 크기의 불균일한 입자들이 매우 응집되어 있는 수산화 아파타이트의 SEM 사진이다. 본 실험예 9에 따르면 실험예 1과 2에서의 분산 특성은 모두 잃어버리게 된다.

이상의 결과와 함께 세부적인 실험 결과, 혼합 용액의 pH는 5 ~ 10이어야 함을 알 수 있었다.

<실험예 10 : 젤라틴이 첨가된 유기 분산 수산화 아파타이트 제조 - 본 발명>

젤라틴을 첨가한 것을 제외하고는 전술한 실험예 1과 동일한 조건에서 실험예 10을 행하였다. 즉, 에탄올 64 cc에 옥타데실아민(8 mmol, 분말상)과 리놀레산(30 mmol, 액상), 젤라틴(0.4 wt%)을 용해시킨 후, 옥타데실아민과 리놀레산이 균일하게 용해된 용매에 Ca(NO₃)_2· 4H₂O(10 mmol, 분말상)를 30 ml 증류수에 용해시켜 준비한 칼슘염 용액을 부어주었다. 5 분여간 충분한 흔들어준 후 Na₃PO₄(10 mmol, 분말상)를 30 ml 증류수에 용해시켜 준비한 인산염 용액을 부어주어 혼합 용액을 만들었다(리놀레산 0.25 M, 옥타데실아민 0.08 M, 0.4 wt%의 젤라틴을 용해시킨 에탄올에 0.1 M 칼슘염 농도와 Ca/P 비는 1로 혼합). 그 후 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 95 ℃ 오븐에서 반응시켰다.

<실험예 11 : 젤라틴이 첨가된 무기 분산 수산화 아파타이트 제조 - 본 발명>

전술한 실험예 10에서 옥타데실아민을 제외하고 동일한 조건으로 혼합 용액을 제조한 후(리놀레산 0.25 M, 0.4 wt%의 젤라틴을 용해시킨 에탄올에 0.1 M 칼슘염 농도와 Ca/P 비는 1로 혼합) 일정한 압력과 온도에서 반응할 수 있게 코닝병에 넣고 95 ℃ 오븐에서 반응시켰다.

도 12는 실험예 10에 따라 얻은 최종 생성물의 X선 회절패턴인데, 최종 생성물로서 수산화 아파타이트가 생성되어짐을 확인할 수 있다. 실험예 11의 경우도 동일한 회절패턴을 얻을 수 있었다.

도 13은 실험예 10에 따라 생성된 수산화 아파타이트의 SEM 사진이다. 150 ~ 200 nm 크기의 균일한 로드 형상을 갖는 수산화 아파타이트가 제조된 것을 확인할 수 있다. 실험예 11의 경우도 수산화 아파타이트의 입자의 크기와 형상이 실험예 10과 동일하였다.

도 14는 실험예 1과 실험예 10에 의해 생성된 각 수산화 아파타이트를 유기 용매에 분산시키고 난 후 일주일 뒤의 사진이다. 실험예 1의 경우 침적시간은 약 1시간 정도이며 생성되어진 수산화 아파타이트의 솔리드 로딩은 약 5.43 g/L이다. 실험예 10의 경우 침적시간은 1주일 이상이며 생성되어진 수산화 아파타이트의 솔리드 로딩은 약 7.14 g/L이다.

도 15는 실험예 2와 실험예 11에 의해 생성된 각 수산화 아파타이트를 무기 용매에 분산시키고 난 후 일주일 뒤의 사진이다. 실험예 2의 경우 침적시간은 약 1주일 이상이며 생성되어진 수산화 아파타이트의 솔리드 로딩은 약 2.14 g/L 이다. 실험예 11의 경우 침적시간은 1달 이상이며 생성되어진 수산화 아파타이트의 솔리드 로딩은 약 3.57 g/L이다. (이상의 결과를 정리한 것이 앞의 표 1이다.)

이상의 결과로부터, 본 발명에서와 같이 젤라틴을 첨가한 경우(실험예 10)가 그렇지 않은 경우(실험예 1)에 비해 매우 뛰어난 유기 분산 특성을 가지고 있고, 본 발명에서와 같이 젤라틴을 첨가한 경우(실험예 11)가 그렇지 않은 경우(실험예 2)에 비해 매우 뛰어난 무기 분산 특성도 가지고 있음을 확인할 수 있다. 따라서, 뛰어난 분산 특성을 갖는 수산화 아파타이트의 제조를 위해서는 젤라틴의 사용이 필수적임을 알 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예 및 실험예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다. 본 발명의 예들은 예시적이고 비한정적으로 모든 관점에서 고려되었으며, 이는 그 안에 상세한 설명 보다는 첨부된 청구범위와, 그 청구범위의 균등 범위와 수단내의 모든 변형예에 의해 나타난 본 발명의 범주를 포함시키려는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 수산화 아파타이트 제조 방법의 순서도이다.

도 2는 실험예 1 ~ 5에 따른 최종 생성물의 X선 회절패턴이다.

도 3은 실험예 1에서 얻은 수산화 아파타이트의 주사전자현미경(FE-SEM) 사진이다.

도 4는 실험예 3에서 얻은 수산화 아파타이트의 SEM 사진이다.

도 5는 실험예 4에서 얻은 수산화 아파타이트의 SEM 사진이다.

도 6은 실험예 5에서 얻은 수산화 아파타이트의 SEM 사진이다.

도 7은 실험예 6 ~ 9에 따른 최종 생성물의 X선 회절패턴이다.

도 8은 실험예 6에서 얻은 DCPA의 SEM 사진이다.

도 9는 실험예 7에서 얻은 수산화 아파타이트의 SEM 사진이다.

도 10은 실험예 8에서 얻은 수산화 아파타이트의 SEM 사진이다.

도 11은 실험예 9에서 얻은 수산화 아파타이트의 SEM 사진이다.

도 12는 실험예 10과 11에 따른 최종 생성물의 X선 회절패턴이다.

도 13은 실험예 10과 11에서 얻은 수산화 아파타이트의 SEM 사진이다.

도 14는 실험예 1과 10에 있어서 생성된 수산화 아파타이트를 유기 용매에 분산시키고 일주일 후에 찍은 비교 사진이다.

도 15는 실험예 2와 11에 있어서 생성된 수산화 아파타이트를 무기 용매에 분산시키고 일주일 후에 찍은 비교 사진이다.

Claims (9)

1. 에탄올, 지방산, 젤라틴, 칼슘염 및 인산염을 포함하는 혼합 용액을 제공하는 단계;

   상기 용액의 pH를 5 ~ 10으로 조절하는 단계;

   상기 용액에 열을 가하여 수산화 아파타이트 침전물을 생성하는 단계; 및

   상기 침전물을 건조시키는 단계를 포함하는 수산화 아파타이트 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 혼합 용액은 양이온 계면활성제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수산화 아파타이트 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 혼합 용액을 제공하는 단계는,

   에탄올에 지방산과 젤라틴을 용해시킨 용매를 제공하는 단계;

   상기 용매에 칼슘염을 첨가하는 단계; 및

   상기 칼슘염이 첨가된 용매에 인산염을 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수산화 아파타이트 제조 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 혼합 용액을 제공하는 단계는,

   에탄올에 지방산과 젤라틴과 양이온 계면활성제를 용해시킨 용매를 제공하는 단계;

   상기 용매에 칼슘염을 첨가하는 단계; 및

   상기 칼슘염이 첨가된 용매에 인산염을 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수산화 아파타이트 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 혼합 용액 중의 지방산의 농도는 0.25 ~ 1 M이고, 젤라틴의 농도는 0.1 ~ 0.5 wt%인 것을 특징으로 하는 수산화 아파타이트 제조 방법.
6. 제2항에 있어서, 상기 혼합 용액 중의 지방산의 농도는 0.25 ~ 1 M이고, 젤라틴의 농도는 0.1 ~ 0.5 wt%이며, 양이온 계면활성제의 농도는 0.05 ~ 0.1 M인 것을 특징으로 하는 수산화 아파타이트 제조 방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 혼합 용액 중의 칼슘염의 농도는 10^-3 ~ 1 M이고, 칼슘염과 인산염에 대한 Ca/P 몰비가 1 ~ 10이 되도록 인산염을 용해시키는 것을 특징으로 하는 수산화 아파타이트 제조 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 지방산은 리놀레산인 것을 특징으로 하는 수산화 아파타이트 제조 방법.
9. 제2항에 있어서, 상기 양이온 계면활성제는 옥타데실아민인 것을 특징으로 하는 수산화 아파타이트 제조 방법.

Images