KR101248913B1 - 수열합성이 가미된 초음파 에너지 합성법에 의한 바이오글라스 분말 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

수열합성이 가미된 초음파 에너지(ultrasonic energy)합성법에 의한 바이오 글라스 제조와 생체적합성 평가를 실행한 기술에 관한 것으로, (a) 초기물질로 질산칼슘, 인산수소이암모늄 및 규산나트륨 용액을 마련하여 이온화된 물에 용해하는 단계, (b) 상기 (a) 단계에서 용해된 분말에 초음파 에너지를 가한 후 마이크로파 소결 공정을 실행하는 단계, (c) 상기 (b) 단계에서 얻어진 비결정질 분말을 이온화된 물로 워싱, 여과하고, 건조시킨 후 하소하는 단계를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 수열합성이 가미된 초음파 에너지 합성법에 의한 바이오글라스 분말 및 그 제조 방법을 이용하는 것에 의해, 생체재료의 표면에서 세포의 부착능과 증식능은 이식체를 삽입 시 계면 간 완전한 융화를 위해서 뼈의 적합성과 재료의 상호작용에 유효하다는 효과가 얻어진다.

Description

수열합성이 가미된 초음파 에너지 합성법에 의한 바이오글라스 분말 및 그 제조 방법{Synthesis of bio-active glass powders by the ultrasonic energy assisted hydrothermal method and their production method}
본 발명은 바이오글라스(Bioglass) 분말 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 수열합성이 가미된 초음파 에너지(ultrasonic energy)합성법에 의한 바이오 글라스 제조와 생체적합성 평가를 실행한 기술에 관한 것이다.
1970년대 후반 이래로 의학분야에서 바이오글라스(생체유리)는 보철 이식체를 제조하기 위해 발전되어 왔다. 바이오글라스와 유리세라믹은 살아있는 뼈와 직접적인 결합을 형성하는 능력을 가짐으로써 골 이식 또는 충진제로서 광범위하게 연구되고 있다. 지난 30년간 바이오글라스로 제조된 이식용 재료들이 사용되어왔다.
이러한 바이오글라스는 뼈 조직을 재생, 치료하기 위해 신체의 능력을 향상시킴으로써 생체용액과 반응하는 유일한 인공재료의 한 종류이다.
바이오글라스는 세포실험과 동물실험에서 주위의 뼈와 강력하게 접착함으로써 계면에 애퍼타이트(apatite)를 형성하고 생물학적 활성화를 일으켜 이식체를 생물학적으로 고정하는데 매우 활성적인 재료이다. 재료의 계면에서 생물학적인 반응은 자연적인 접착형성과 새로운 뼈 형성을 도모한다.
바이오글라스를 마련하기 위해 몇 가지 방법이 연구되어왔다.
첫째로, 용융법(Melting method)은 바이오글라스를 제조하기 위한 일반적인 방법이다. 바이오글라스는 조성의 물질과 함량에 따라 다양한 구성의 변화를 가진다. 모든 물질은 칼슘과 인산염, 두 가지 구성요소를 지닌 규토(silica)를 기본으로 하며 Na, Fe, Mg 등과 같은 구성요소에 따라 소수의 영역을 가진다.
일반적인 바이오글라스의 구성은 45%의 SiO2, 24.5%의 CaO, 24.5%의 Na2O 그리고 6%의 P2O5 이다. 간단하고 대량생산을 하는데 적당하다.
그러나 유리물질은 기계적인 밀링에 의해 얻어지며, 미세입자가 되기 어려워 나노구조의 재료로 이용하기 어렵다.
최근 몇 년간, 솔-겔(sol-gel) 기법은 바이오글라스를 제조하기 위한 방법으로 많은 관심을 끌었다. 솔-겔 과정은 낮은 온도에서 반응이 일어난다는 이점이 있다. 상술한 용융법과 비교하여, 졸-겔 기법으로 제조된 유리분말은 입자의 균일한 구성을 가진다.
졸-겔 법을 이용한 SiO2-CaO-P2O5 계의 바이오글라스는 각각 SiO2가 55%, 58%, 60% 포함됨에 따라 55S, 58S, 60S로 나타내며 널리 연구되고 있다.
그들의 우수한 생체 활성능력은 경조직 수술에 엄청난 잠재력을 제공한다. 아울러 형태학적으로 다양성을 가진 나노 다공질의 생체유리를 제조할 수 있다.
상술한 바와 같은 졸-겔법을 이용한 바이오 글라스 분말의 제조 방법에 관한 기술의 일 예가 하기 문헌 1에 개시되어 있다.
하기 문헌 1에서 졸-겔법을 이용한 바이오 글라스 분말은 70SiO2·25CaO·5P2O5의 화학조성을 가지도록, 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS), 질산 칼슘(calcium nitrate), 트리에틸 포스페이트(triethyl phosphate)를 0.7:0.25:0.05 비율로 혼합하고, 상기 혼합에 의한 혼합물을 HCL(1 N) 성분을 포함하는 산성용액에 첨가하여 가수분해 반응을 통해 졸 혼합물이 생성되도록 하며, 상기 졸 혼합물을 6~24시간 동안 교반기에서 교반시킨 후 40℃~70℃의 온도조건을 유지하는 건조기에서 12~48시간 동안 숙성/건조시켜 겔(gel) 상태가 되도록 하고, 건조된 상기 겔 상태의 혼합물을 분쇄기를 통해 잘게 분쇄한 뒤 잘게 분쇄된 분말을 600℃~700℃의 온도조건을 유지하는 챔버에서 4~6시간 동안 열처리하며, 열처리된 분말을 마노 절구에서 재차 분쇄한 후 100~120㎛의 눈금 크기를 가진 선별망을 이용해 분리 선별하여 120㎛ 이하의 입자 크기를 가진 생체유리 분말을 획득함에 의해 달성된다.
이 제조 과정은 다공질체와 같이 바이오글라스를 조직공학, 약물전달 시스템 등 예상치 못한 많은 전문적인 곳에 사용할 수 있게 한다. 고유의 뼈 재생 능력은 미래에 경조직 치료를 하는 데 있어 매우 전도유망하다.
그러나 졸-겔법을 이용하는 데 있어 많은 비용이 필요하며, 또한 몇몇의 경우 기계적 특성이 매우 낮다는 단점이 있다.
바이오글라스의 주 구성요소는 바이오글라스 안에 폴리실리케이트 구조를 형성한 SiO2이다. 바이오글라스의 생체활성도는 화학적 구성과 생체유리재료의 구조와 관련이 있다.
그러나 일반적인 화학적 해결책(solution chemistry)은 생체 활성력이 주된 목적인 바이오글라스의 복잡한 구조를 만드는데 한계가 있다.
SiO2-CaO-P2O5를 바탕으로 하는 바이오글라스계의 구성변화는 생체적합성을 극적으로 변화시킬 수 있다.
70%의 높은 SiO2를 함유한 바이오글라스는 높은 생체적합성을 나타낸다.
알칼리성 영역을 제거하고, 화학적 해결책을 통해 SiO2를 바탕으로 한 유리물질을 합성하는 것은 가능하지만, 반면에 Na2O를 얻는 것이 어려워졌으며, 바이오글라스를 얻기 위해서는 고온의 용융이 요구된다.
최근, 초음파 에너지와 마이크로파를 함께 이용하는 것은 단시간 내에 반응을 일으키고, 비결정의 물질을 얻기 위해 조건을 바꿀 수 있다는 점에서 관심을 받고 있다.
초음파 에너지는 압력과 온도가 유달리 아주 짧은 시간 내에 높게 이르는 지점에서 미세기포를 만들 수 있다. 이것으로 인해 일반적인 수성환경에서는 불가능한 반응을 얻을 수 있다. 유리물질은 비결정질이며 이 기술을 바이오글라스를 제조하는데 이용되게 할 수 있다.
바이오글라스물질의 SiO2의 함량에 따라 그것의 생체활성도가 다름을 보여준다. Na2O를 바탕으로 한 용융법을 이용한 바이오글라스는 SiO2의 함량이 빠르게 계면의 접착을 감소하게 하여 생체 활성도를 증대시킨다.
초음파 에너지 합성법 공정에서 화학적 해결책은 용융법을 사용한 바이오글라스와 관련하여 적절한 이온화 밸런스를 취하기 어렵게 만든다.
따라서 생체활성도 또한 다르게 된다.
[문헌 1] 대한민국 공개특허공보 2009-0099673호(2009.09.23 공개)
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 수열합성이 가미된 초음파 에너지 합성법에 의해 세포 부착능력과 증식능력 역시 우수한 바이오글라스 분말 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 수열합성이 가미된 초음파 에너지 합성법에 의해 적은 비용으로 기계적 특성이 우수한 바이오글라스 분말 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 우수한 생체친화성을 가지며 이에 따라 치료를 요하는 결손 부위에 대한 사용할 수 있는 바이오글라스 분말 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 바이오글라스 분말은 주성분이 SiO2, CaO 및 P2O5로 이루어지고, 수열합성이 가미된 초음파 에너지합성법에 의하여 합성되고, 소결된 분말의 이 비결정질의 나노 분말 유리구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 바이오글라스 분말에 있어서, 상기 주성분의 100mole%에서 상기 SiO2는 45mole%~60mole% 포함되고, 상기 CaO는 24mole%~36mole% 포함되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 바이오글라스 분말에 있어서, 상기 나노 분말의 크기는 20~50㎚인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 바이오글라스 분말의 제조방법은 (a) 초기물질로 질산칼슘, 인산수소이암모늄 및 규산나트륨 용액을 마련하여 이온화된 물에 용해하는 단계, (b) 상기 (a) 단계에서 용해된 분말에 초음파 에너지를 가한 후 마이크로파 소결 공정을 실행하는 단계, (c) 상기 (b) 단계에서 얻어진 비결정질 분말을 이온화된 물로 워싱, 여과하고, 건조시킨 후 하소하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 바이오글라스 분말의 제조방법에 있어서, 상기 (b) 단계에서의 소결은 마이크로 소결노에서 설정온도 1100℃로 실행되고, 마이크로파는 15~25분 동안 방사되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 수열합성이 가미된 초음파 에너지 합성법에 의한 바이오글라스 분말 및 그 제조 방법에 의하면, 나노 크기의 분말을 얻을 수 있다는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 수열합성이 가미된 초음파 에너지 합성법에 의한 바이오글라스 분말 및 그 제조 방법에 의하면, 소결된 치밀체의 미세구조를 매우 치밀하게 할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 수열합성이 가미된 초음파 에너지 합성법에 의한 바이오글라스 분말 및 그 제조 방법에 의하면, 바이오글라스 분말의 치밀체가 매우 높은 생체적 합성을 달성할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 수열합성이 가미된 초음파 에너지 합성법에 의한 바이오글라스 분말 및 그 제조 방법에 의하면, 생체재료의 표면에서 세포의 부착능과 증식능은 이식체를 삽입 시 계면 간 완전한 융화를 위해서 뼈의 적합성과 재료의 상호작용에 유효하다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오글라스의 합성과정을 설명하는 공정도.
도 2는 도 1의 공정에 따라 얻어진 바이오글라스 분말의 XRD 프로파일을 나타내는 도면.
도 3은 다른 합성 조건에서 얻어진 600℃ 하소에서 바이오글라스 분말의 XRD 프로파일을 나타내는 도면.
도 4는 바이오 액티브 글라스 분말의 TG/DSC 프로파일을 나타내는 도면.
도 5는 600℃에서 하소된 바이오글라스의 EDX 스펙트럼과 투과전자현미경의 이미지를 나타내는 도면.
도 6은 무압력 소결 52S 바이오 글라스 치밀의 균열면을 나타내는 도면.
도 7은 마이크로파 소결 52S 바이오 글라스 치밀의 균열면을 나타내는 도면.
도 8은 7일 후 SBF용액 침적의 7일 후 바이오 액티브 글라스 표면의 SEM 사진.
도 9는 섬유아세포(L-929)를 배양하여 평가된 바이오글라스 치밀체의 세포독성 분석 평가를 나타내는 도면.
도 10은 조골세포(MG-63)를 분주 후 각각 30분, 90분 후의 세포의 부착능과 퍼짐능을 나타내는 도면.
도 11은 조골세포(MG-63)를 분주 후 각각 1일 후의 세포의 부착능과 퍼짐능을 나타내는 도면.
도 12는 세포 분주 후, 3일 후의 세포 성장으로 우수한 세포-물질간의 상호작용과 현재 바이오글라스보다 우수한 생체적합성을 나타내는 도면.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
먼저 본 발명의 개념에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 바이오글라스(또는 바이오 액티브 글라스) 분말은 초음파 에너지 합성법을 이용한 수열합성 화학 반응에 의해 제조되었다.
높은 생체적합성과, 생체 활성력을 가진 SiO2를 주재료로 하는 바이오글라스를 제조하기 위해 소다라임(sodalime), 질산칼슘 수화물과 인산수소이암모늄의 화학재료가 사용되었다.
서로 다른 바이오글라스조성을 위해 초기 혼합물에서 SiO2의 함량을 45%, 52%, 60%로 하였다. 유리물질은 무압력소결법과 마이크로파 소결과정에 의해 합성되었다.
소결된 바이오글라스의 물리적, 형태학적 특성을 측정하였고 초기접착능력을 조사하기 위해 1000℃, 1100℃에서 소결된 바이오글라스 치밀체를 1~7일 동안 유사생체용액 (SBF, simulated body fluid)에 침적 후 관찰하였다.
조골세포(MG-63)의 세포독성평가에서 뛰어난 세포적합성을 나타내었으며 세포 부착능력과 증식능력 역시 우수하였다.
세포를 분주시킨 후 20분 이내에 필로포디아(filopodia)의 활동이 관찰되었다. 이는 물질을 제조하기 위한 세포의 성장과 증식능에서 우수한 생체적합성을 보여주었다.
본 발명에서는 초음파 에너지 합성법을 이용한 수열합성법으로 SiO2를 다양한 비율로 한 바이오글라스를 제조하여 생체적합도를 비교, 분석하였다.
형태학적인 분석과 입자의 특성을 조사하였으며, 무압력 소결과 마이크로파 소결을 이용하여 소결의 특성을 평가하였다.
샘플에 1일, 3일 동안 세포를 배양하여 샘플에 착상된 세포의 독성평가, 부착력, 증식력 등 생체적합성을 평가하였다.
이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.
[분말의 합성과 특성]
도 1은 본 발명에 따른 바이오글라스의 합성과정을 설명하는 공정도이다.
초기물질로 질산칼슘(삼천Pure Chemical,한국), 인산수소이암모늄(삼천 Pure Chemicals, 한국) 그리고 규산나트륨 용액(수산화나트륨용액에 37% 이산화규소, Shwa, 일본)을 사용한다.
이 물질들을 이온화된 물에 용해하였고, 분말에 초음파 에너지를 가한 후 마이크로파 소결 공정이 수행되었다. 초음파 에너지 합성법을 수행할 때, 최적의 합성조건을 찾기 위해 방사 조사시간을 변화하였다.
초음파 에너지합성법을 수행한 후 마이크로파를 방사 하였다.
하기 표1은 출발물질에 의한 바이오 액티브 글라스 분말의 구성요소를 보여준다.
하기 표1에 제시된 바와 같이 초기물질을 혼합하여 SiO2(이산화규소)가 낮게는 45%에서 높게는 60%인 바이오글라스를 제조하였다.
Figure 112011022744588-pat00001
얻어진 비결정질 분말을 이온화된 물로 워싱, 여과한 후 80℃ 오븐에서 24시간 동안 건조시킨 후 600℃에서 하소 하였다.
제조된 분말의 상은 X선 회절분석과 EDX 스펙트럼으로 조사되었다. X선 회절분석에 앞서 각각의 분말들은 600℃로 하소된 것이다. 더 나은 조사를 위해 투과전자현미경도 유리분말을 600℃로 하소 시킨 후 관찰하였다.
EDX 스펙트럼은 제조된 물질의 유리영역을 확인하기 위하여 투과전자현미경으로 관찰하였다.
도 2는 도 1의 공정에 따라 얻어진 바이오글라스 분말의 XRD 프로파일을 나타내는 도면이다. 도 2의 X선 회절분석에서 보여진 것과 같이 합성된 바이오글라스물질은 600℃에서 하소 후 비결정으로 보여진다.
도 3은 다른 합성 조건에서 얻어진 600℃ 하소에서 바이오글라스 분말의 XRD 프로파일을 나타내는 도면이다. 즉, 도 3은 각각 3시간 동안 초음파 에너지를 가하여 합성하고 마이크로파를 15분, 25분간 방사시킨 분말과 초음파 에너지를 각각 4시간, 5시간 가해 합성하고, 그 후 마이크로파를 방사시키지 않은 분말을 600℃로 하소 시킨 후의 XRD 결과이다.
최종 완성된 분말의 특성 중, 결정성에 의한 작은 변화를 관찰하기 위해 초음파 에너지합성 시간을 변화하였고, 그 후 마이크로파 방사를 가하거나 가하지 않으며 관찰하였다.
바이오글라스의 구성은 기존의 생체 활성 유리와 같이 45mol%의 SiO2에서 60mol%의 SiO2로 하였다
도 4는 바이오 액티브 글라스 분말의 TG/DSC 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 4에서 열무게 측정법으로 바이오글라스는 초기에 빠른 무게감소를 보였다. 이것은 바이오글라스에 흡수된 수분에 의한 것으로 이러한 탈착과정은 300℃까지 계속된 것을 나타낸다. 더 높은 온도에서 대부분의 물은 Si-OH 그룹과 P-OH 그룹의 응축이 형성된다. 약 700℃ 부근에서 두 번째로 가파른 무게의 감소가 일어나며, 이것은 바이오글라스의 일반적인 현상으로 대부분의 P2O5의 형성에서 휘발성 물질의 손실과 관련 있다.
여과 과정 시 합성된 물질로부터 가용성이 있는 물질이 들어오지 못하도록 주의할지라도 질산염 그룹이 약간 남아있게 되는데 잔류한 질산염은 이 온도구간에서 분해되었다.
도 4에서 비교적 평평하게 안정된 구간은 바이오글라스가 안정하다는 것을 나타낸다. 따라서, 유리전이온도에 의거하여 600℃에서 하소된 합성분말을 선택하였다.
도 5(a), (b), (c)는 600℃에서 하소된 각각의 45S, 52S, 60S 바이오글라스의 EDX 스펙트럼과 투과전자현미경의 이미지를 보여준다. 투과전자현미경 이미지는 성장한 결정 없이 분말의 모든 유리영역을 보여준다. 모든 바이오글라스의 입자 크기는 대략 20~50㎚이다.
이것은 미세 나노입자분말보다 더 큰 입자분말로는 달성할 수 없는 많은 용도에 사용될 수 있어 주목할만하다,
특히 용융법을 이용한 바이오글라스는 본 발명과 같은 나노 크기의 분말을 얻기 매우 어렵다.
도 5(d), (e), (f)는 600℃에서 하소한 바이오글라스에 비결정 구조가 남아있다는 것을 증명한다. 각각의 투과전자현미경 사진에 첨부된 이에 상응하는 EDX 스펙트럼 분말의 비결정질 특성을 확인하였다.
[치밀체 제조와 미세구조, 물질의 특성 분석]
본 발명에서는 치밀체를 제조하기 위하여 무압력 소결과 마이크로파 소결을 수행하였으며 미세구조의 변화를 조사하였다.
바이오글라스 물질의 최적의 밀도를 얻기 위해 1000℃, 1100℃로 무압력 소결법, 마이크로파 소결법을 수행하였다.
소결된 치밀체의 미세구조는 전자주사현미경으로 관찰하였다.
낮은 배율로 전자주사현미경을 이용해 관찰된 도 5의 (a)와(b)는 무압력소결법으로 소결된 바이오글라스의 치밀체를 자른 단면의 이미지로 거칠치만, 약간의 기공을 보여준다. 이것은 치밀하지 않다는 것을 의미한다. 도 6은 무압력 소결 52S 바이오 글라스 치밀의 균열면을 나타내는 도면으로서, 도 6의 (a)와 (b)에서 보이는 바와 같이, 마이크로파 소결법으로 소결된 치밀체의 미세구조는 치밀하였다.
그러나 두 소결법 모두 고배율로 관찰했을 때 많은 미세 기공들을 확인할 수 있었다.
도 6(a) 및 도 6(b)와 도 6(c) 및 도 6(d)에서 알 수 있는 바와 같이, 소결온도가 1000℃에서 1100℃로 증가함에 따라 치밀도는 증가하였다.
표 2는 1100℃에서 소결된 바이오 액티브 글라스 분말의 물질 특성을 나타낸다.
Figure 112011022744588-pat00002
도 7은 마이크로파 소결 52S 바이오 글라스 치밀의 균열면을 나타내는 도면이다.
즉, 도 6과 도 7의 대비에서 알 수 있는 바와 같이, 마이크로파 소결법이 무압력 소결법보다 나은 소결특성을 보여주었다.
1100℃를 초과하는 더 높은 온도에서의 소결은 결정질의 유리세라믹이 증가하고, 낮은 생체적합성을 나타내어 수행하지 않았다.
바이오글라스 치밀체 원소의 존재를 확인하기 위해 EDS 분석이 행해졌으며 바이오글라스의 구성을 포함하고 있음을 보여준다.
[생체유사액(SBF : stimulated body fluid)에 의한 애퍼타이트 형성]
애퍼타이트 형성을 관찰하기 위하여, 7일 동안 37℃, 5% CO2 인큐베이터에서 SBF용액에 바이오글라스 치밀체를 침적하여 생체적합성을 관찰하였다.
생체 내 환경과 같이 유지하기 위하여 SBF용액을 매일 교체해 주었다.
SBF용액은 코카우보(kokaubo) 방법에 따라 마련되었다.
인큐베이션 이후, 바이오글라스 샘플을 이온화된 물로 워싱하고 필터페이퍼를 사용하여 건조시켰다.
이식 후에 바이오글라스와 애퍼타이트의 형성을 조사하기 위하여 7일 동안 소결된 바이오글라스 치밀체를 SBF용액에 침적한 후 전자주사현미경을 통해 관찰하였다.
도 8은 7일 후 SBF용액 침적의 7일 후 바이오 액티브 글라스 표면의 SEM 사진으로서, 도 8(a)는 45S. 도 8(b)는 52S, 도 8(c)는 60S이고, 도 8의 (d), (e), (f)는 각각 이들의 확대 사진이다.
도 8의 (a), (b), (c)에서 보여지는 바와 같이 마이크로파 소결법을 통해 소결한 치밀체에서 애퍼타이트가 많이 형성되었다.
그리고 치밀체의 표면은 생물학적인 애퍼타이트로 가득 덮여있었다.
1100℃에서 마이크로파 소결법을 수행했을 때, 표면에 더욱 많은 애퍼타이트의 형성이 일어났으며 이는 균질하게 분포되어 있다.
[세포독성평가와 세포 부착능과 증식능]
세 가지 견본의 바이오글라스의 세포독성을 조사하기 위하여 세포독성 평가를 실행하였다.
독성평가 준비에 대한 상세한 설명은 다음에 설명된다.
각각의 바이오글라스샘플의 세포독성은 MTT (3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyl tetrazolium bro- mide)분석을 이용해 조사되었다.
각각의 샘플의 세포 생존비율(%)은 표준ISO-10993-5 기준에 따라 샘플의 희석된 용출액을 사용하여 결정된다.
용출액과 배지를 각각 다른 비율(25%, 50% and 75%, 100%)로 하여 각각 다른 용출비율에 따른 흡광도를 측정하였다.
도 9는 섬유아세포(L-929)를 배양하여 평가된 바이오글라스 치밀체의 세포독성 분석 평가를 보여준다. 바이오글라스의 모든 구성요소가 세포 생존능이 좋음을 보여준다.
세포 생존비율의 최소 제한기준은 70%로서 세가지 견본의 바이오글라스는 모든 비율의 용출액에서 이 기준을 넘는 세포 생존율을 보여주었다.
이것은 제조된 바이오글라스 치밀체가 매우 높은 생체적합성을 가지고, 이 실험에서 제안된 합성방법으로 충분한 생체활성을 지닌 유리물질을 제조할 수 있음을 증명한다.
세포 부착능을 평가하기 위해 소결된 각 샘플과 대조군 플레이트(plate)에 조골세포(MG-63)를 분주하였다.
그 후 30분, 90분 후에 표면 위에 부착된 하나의 세포의 형태학을 관찰하였다.
생체재료의 표면에서 세포의 부착능과 증식능은 이식체를 삽입 시 계면간 완전한 융화를 위해서 뼈의 적합성과 재료의 상호작용에 관한 것으로 매우 중요하다.
도 10은 조골세포(MG-63)를 분주 후 각각 30분, 90분 후의 세포의 부착능과 퍼짐능을 보여준다. 도 10(a)는 통제집단(control), 도 10(b)는 45S 바이오 액티브 글라스, 도 10(c)는 52S 바이오 액티브 글라스, 도 10(d)는 60S 바이오 액티브 글라스이며, 도 10(e),(f),(g),(h)는 각각 셀 분주의 90분 후 SEM 사진이다.
30분 이내에 세포의 모든 구성물질이 완전히 부착되었으며, 90분 이후에 모든 방향으로 세포가 광범위하게 펼쳐지고 있는 것이 명백히 보였다.
세포 증식능은 바이오글라스 치밀체에 세포(MG-63)를 분주하여 1, 3일 후에 살아있는 세포의 증식된 정도로 확인되었다.
세포 분주의 상세한 설명과 전자주사현미경의 샘플준비는 다음에 설명되어 있다.
도 11은 조골세포(MG-63)를 분주 후 각각 1일 후의 세포의 부착능과 퍼짐능을 보여준다. 도 11(a)는 통제집단(control), 도 11(b)는 45S 바이오 액티브 글라스, 도 11(c)는 52S 바이오 액티브 글라스, 도 11(d)는 60S 바이오 액티브 글라스이며, 도 11(e),(f),(g),(h)는 각각 확대한 SEM 사진이다.
도 11에서 보이는 바와 같이 조골세포(MG-63)는 세포 분주 후 1일 후에 세 가지 모든 샘플, 바이오글라스물질에서 잘 성장하였다.
세포 증식능은 세포배양 플레이트 위에 세포를 성장시킨 대조군과 비교하였다.
특히 60S 바이오글라스에서 세포와 재료 간의 상호작용은 매우 좋았으며, 대조군보다 세포가 잘 성장하였다.
도 12는 세포 분주 후, 3일 후의 세포 성장으로 우수한 세포-물질 간의 상호작용과 현재 바이오글라스보다 우수한 생체적합성을 보여준다.
도 12(a)는 통제집단(control), 도 12(b)는 45S 바이오 액티브 글라스, 도 12(c)는 52S 바이오 액티브 글라스, 도 12(d)는 60S 바이오 액티브 글라스이며, 도 12(e),(f),(g),(h)는 각각 확대된 SEM 사진이다.
세포를 분주한 지 3일 후의 샘플 중 60S 바이오글라스가 가장 좋은 생체적합성과 세포 성장 반응을 보여준다. 앞에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 바이오글라스는 주로 40~60mole%의 SiO2, 24~36mole%의 CaO와 P2O5로 구성되어있다.
주된 구성요소, SiO2 와 CaO는 마지막 소결과정 후에 부분적으로 결정질과 유리영역이 나타내었으며 뛰어난 생체적합성과 높은 기계적 특성을 가진 치밀체를 만들었다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 따른 수열합성이 가미된 초음파 에너지 합성법에 의한 바이오글라스 분말 및 그 제조 방법은 조골세포의 성장에 이용된다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. (a) 초기물질로 질산칼슘, 인산수소이암모늄 및 규산나트륨 용액을 마련하여 이온화된 물에 용해하는 단계,
    (b) 상기 (a) 단계에서 용해된 분말에 초음파 에너지를 가한 후 마이크로파 소결 공정을 실행하는 단계,
    (c) 상기 (b) 단계에서 얻어진 비결정질 분말을 이온화된 물로 워싱, 여과하고, 건조시킨 후 하소하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오글라스 분말의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서의 소결은 마이크로 소결노에서 설정온도 1100℃로 실행되고, 마이크로파는 15~25분 동안 방사되는 것을 특징으로 하는 바이오글라스 분말의 제조방법.
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