KR101319220B1 - 자성 하이드록시아파타이트 나노튜브 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생체의료용으로 사용할 수 있는 자성 하이드록시아파타이트 나노튜브의 제조 방법에 관한 것으로, 타겟물질에 정확히 적용가능하고 열치료에 응용할 수 있는 자성 하이드록시아파타이트 나노튜브의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

Description

자성 하이드록시아파타이트 나노튜브 제조방법{Method for preparing magnetic hydroxyapatite nanotubes}

본 발명은 생체의료용으로 사용할 수 있는 자성 하이드록시아파타이트 나노튜브의 제조 방법에 관한 것이다.

약물 및 약물 전달 시스템으로 작동하는 물질을 함유하는 나노재료는 의학적 응용에서 매우 중요하다. 이러한 시스템에 부가적으로 자성을 첨가하는 경우, 치료의 효율이 크게 향상된다. 자성 나노입자, 예를 들어 산화철 나노입자가 핵자기공명영상법(MRI) 및 암 치료를 위한 약물 전달 수단으로 널리 사용되어 왔다. 또한, 최근 강자성 특성을 가진 몇몇 고분자 마이크로스피어나 마이크로튜브를 세포 분리 및 분석, 종양의 열치료 및 암세포의 선택적 사멸을 위해 사용하는 방안이 개발되고 있다. 이런 자성 나노재료가 가지는 가장 큰 이점은, 외부자기장을 가하여 약물 전달체를 정확히 타겟 지역으로 이동시키고, 이로 인해 건강한 세포의 불필요한 손상을 현저히 감소시킨다는 점이다. 또한, 자기장을 가하여 타겟 조직에 대해 고열치료를 할 수 있다.

뼈 재생 및 관련된 암 치료를 위해서, 뼈 조직과 유사한 전달체 및 재료가 바람직하다. 하이드록시아파타이트는 그 화학 구조가 사람 뼈의 무기질 구성과 비슷하기 때문에, 뼈 재생에 사용하는데 있어서 독보적인 이점을 가지고 있다.

하이드록시아파타이트는 뼈나 치아를 이루는 무기성분, 즉 칼슘과 인으로 이루어진 무기성분의 화합물이다. 또한 인체에 존재하는 전체 칼슘의 99%와 약 85%의 인이 경조직에 존재한다고 알려져 있다. 따라서 크기, 결정도, 형태에 있어서 생체 무기성분과 동일한 조성인 하이드록시아파타이트는 뼈 충진제나 뼈 이식제 등의 생체 경조직 대체 재료로서 매우 큰 관심을 불러일으키고 있으며, 생화학적인 관점에서 그 특성에 관한 연구가 광범위하게 진행되고 있다.

한편, 하이드록시아파타이트는 인체와의 생체적합성, 생체활성, 골전도의 특성이 우수하며, 하이드록시아파타이트를 생체에 이식한 결과 뼈와 직접 결합한다는 사실이 보고된 바 있고, 현재 임상 실험에 응용되고 있다. 또한, 하이드록시아파타이트는 형광재료, 감습재료, 효소담체, 칼슘 강화제 등에 응용되고 있으며, 정형외과 혹은 치과용 임플란트(implant)의 표면특성을 향상시켜 뼈 생성을 개선하기 위한 코팅물질로도 널리 이용되고 있다. 특히, 생체모방용 뼈 물질로 제조된 하이드록시아파타이트는 주로 생체 활성 및 합성된 하이드록시아파타이트의 뼈 형성 능력을 결정하기 때문에 특별한 중요성을 갖는 것으로 알려져 있다. 따라서, 골 이식재료 및 약물전달물질용 하이드록시아파타이트를 제조하기 위해 활발한 연구가 이루어지고 있으며, 나노구(nanospheres), 나노캡슐(nanocapsules), 나노섬유(nanofibers) 및 나노튜브(nanotubes)와 같은 특정 형태로 개발하는 연구가 진행되고 있다. 또한, 하이드록시아파타이트 전달체를 이용하여 치료제를 운반하는 경우, 뼈의 결함 및 질병에 대한 치료 효율이 크게 향상되었음이 보고되었다.

이에, 본 발명자는 자성을 가진 하이드록시아파타이트 나노튜브의 제조 방법을 연구한 결과, 자성 나노입자와 폴리에스테르계 고분자 혼합물로 나노섬유를 제조하고 인산칼슘으로 코팅한 후 열처리하여 자성 하이드록시아파타이트 나노튜브를 제조함으로써, 종래 하이드록시아파타이트 나노튜브에 비해 암세포의 선택적 사멸이 가능하고, 또한 고열치료에도 응용할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 생체의료용으로 사용할 수 있는 자성 하이드록시아파타이트 나노튜브의 제조 방법에 관한 것으로, 타겟 조직에 선택적으로 치료가능하고 열치료에 응용할 수 있는 자성 하이드록시아파타이트 나노튜브의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 1) 자성 나노입자와 폴리에스테르계 고분자를 포함하는 유기용매를 전기방사하여 나노섬유를 제조하는 단계, 2) 상기 나노섬유를 알칼리 용액으로 처리하여 표면을 활성화시키는 단계, 3) 상기 표면 활성화된 나노 섬유를 칼슘 이온 용액 및 인산 이온 용액에 교대로 침지시켜 나노 섬유 표면에 인산칼슘 핵을 형성하는 단계, 4) 상기 핵이 형성된 나노 섬유를 칼슘 이온 및 인산 이온의 혼합용액에 침지시켜 핵을 성장시키는 단계, 및 5) 상기 핵이 성장된 나노 섬유를 열처리하여 나노 섬유를 제거하는 단계를 포함하는 나노튜브의 제조방법을 제공한다.

본 발명에서, 상기 단계 1)의 자성 나노 입자는 a) FeCl₂·4H₂O 와 FeCl₃·6H₂O를 혼합하는 단계, b) 혼합물을 NaOH 용액에 적가하는 단계, c) 생성침전물을 자기장으로 분리하는 단계, d) 생성 자성 나노입자를 시트르산 수용액에 분산하는 단계, e) 나노입자를 침전시키는 단계, f) 생성 나노입자를 세척하고 건조하는 단계로 제조되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 단계 a)의 FeCl₂·4H₂O 와 FeCl₃·6H₂O의 혼합비율은 Fe^{2 +} : Fe^{3 +} = 1 : 2 인것이 바람직하다. 상기 단계 b)의 적가는, NaOH 용액의 교반과 함께 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 단계 d)의 분산은 자성 교반과 함께 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 단계 e)의 침전은 아세톤에서 이루어질 수 있으며, 상기 단계 f)의 세척은 아세톤을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 단계 f)의 건조는 40℃에서 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 용어 "전기방사"란, 고분자의 용액이나 용융물에 높은 전압을 인가하므로서 분자 쇄간에 조성된 정전기적 반발력과 음극과 양극 사이에 발생되는 전기장을 이용하여 직경이 수십 내지 수백 ㎚인 나노섬유를 제조하는 방법이다.

본 발명에서 사용되는 용어 "폴리에스테르계 고분자"란, 생분해성 고분자의 일종으로 생체 내에서 일정 기간 후 자발적으로 서서히 분해되는 것으로, 혈액친화성, 항(抗)석회화 특성, 세포의 영양성분 및 세포간 기질 형성능 중에서 하나 이상의 특성을 갖춘 고분자를 의미한다.

상기 단계 1)의 폴리에스테르계 고분자는 폴리카프로락톤, 폴리락트산, 폴리글리콜산, 폴리락타이드-co-글리콜라이드, 폴리발레로락톤, 폴리하이드록시 부티레이트, 폴리하이드록시 발러레이트, 이들의 공중합체 및 이들의 블렌드로이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 고분자를 사용하며, 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 폴리에스테르계 고분자는 중량평균 분자량이 5,000 내지 2,000,000 달톤, 보다 바람직하게는 10,000 내지 700,000 달톤 범위인 것을 사용하며, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 단계 1)의 유기용매로는 예를 들어, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올; 아세톤; 트리플루오로에탄올; 테트라하이드로퓨란; 디클로로메탄; 클로로포름; 디메틸포름아미드; 아세톤; 및 이들의 혼합용매로 이루어진 군으로부터선택된 어느 하나의 용매를 사용하며, 이에 한정되지 않는다.

본 발명에서, 상기 단계 2)는 나노 섬유를 알칼리 용액으로 처리하여 표면을 활성화하는 단계를 의미한다. 이때 상기 알칼리 용액의 침지는 나노 섬유 표면에 -OH기를 많이 생성시켜 소수성 표면을 활성화시키고, 이에따라 칼슘 이온 및 인산 이온이 나노 섬유에 결합될 수 있게 한다.

상기 알칼리 용액은 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 사용한다. 또한, 상기 알칼리 용액의 농도는 0.1 M 내지 5 M, 바람직하게는 0.5 내지 3 M 인 것을 사용한다.

구체적으로, 상기 단계 2)는 상기 나노섬유를 상기 알칼리 용액에 침지하여 1시간 내지 10시간 동안 처리하여 표면을 활성화한다. 이때 알칼리 용액의 농도 및 처리 시간이 1시간 미만이면 나노섬유 표면의 활성화 정도가 미미하고, 이와 반대로 10시간을 초과하면 나노섬유의 물성이 저하되는 문제점이 있다. 바람직하게는, 침지 시간은 2시간 내지 6시간일 수 있다.

본 발명에서 상기 단계 3)은, 상기 표면 활성화된 나노 섬유를 칼슘 이온 용액 및 인산 이온 용액에 교대로 침지시켜 나노 섬유의 표면에 인산칼슘 핵을 형성하는 단계를 의미한다.

이때 상기 칼슘 이온 용액 및 인산 이온 용액에 교대로 접촉함으로써 나노 섬유의 표면의 -OH기에 칼슘과 인이 석출되어 인산칼슘 핵을 형성하는 역할을 한다. 이와 같이 형성된 인산칼슘 핵은 조직세포의 유착과 증식이 잘 일어나고 분화된 세포의 기능이 보전되며, 체내 이식 후에도 주위 조직과 잘 융화되어 염증 반응을 유발하지않는 생체적합성 인산칼슘 무기물이 형성되도록 한다.

상기 인산칼슘 핵으로는 예를 들어, 하이드록시아파타이트, 옥시아파타이트, 트리칼슘포스페이트, 모노칼슘포스페이트, 육인산사칼슘, 칼슘메타 포스페이트 등을 사용하며, 바람직하게는 하이드록시아파타이트를 사용한다.

상기 인산칼슘 핵은 칼슘 이온 및 인산 이온에 대한 Ca/P의 몰비가 1/1.50 내지 1/1.75, 더욱 바람직하게는 Ca/P 몰비가 1.67이 되게 한다. 만약 인산칼슘 핵의 몰비가 상기 범위 미만이면 체내에서 인산칼슘 핵이 빨리 생분해되는 문제점이 있다. 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 생체적합성이 저하되는 문제점이 있다.

구체적으로, 상기 단계 3)은 표면 활성화된 나노 섬유를 칼슘 이온 및 인산 이온 용액에 각각 5초 내지 10분 동안 1회 내지 10회 교대로 침지하여 처리하며, 상기 과정을 수회 내지 수십회 반복하여 수행한다.

이러한 공정을 수행함으로써, 칼슘 이온 용액 및 인산 이온 용액의 농도, 처리 시간 및 처리 회수를 조절하여 형성되는 인산칼슘 핵의 Ca/P 몰비를 조절할 수 있다.

칼슘 이온 용액은 칼슘원을 용매, 바람직하게는 물에 용해한 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 칼슘원으로 염화칼슘, 수산화칼슘, 아세트산칼슘, 질산칼슘 또는 인산수소칼슘으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물을 사용할 수 있다.

상기 칼슘 이온 용액은 칼슘 이온의 농도가 30 mM 내지 300 mM 인 것이 바람직하다. 만약 칼슘 이온의 농도가 30 mM 미만이면 나노섬유 표면에 칼슘 석출이 미미하고, 이와 반대로 300 mM을 초과하면 용액 내에서 인산이온과 결정을 형성하여 침전물이 형성되어 나노섬유 표면에 결정이 형성되지 못하는 문제점이 있다.

인산 이온 용액은 인산원을 용매, 바람직하게는 물에 용해한 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 인산원으로 인산수소나트륨, 인산, 인산이수소나트륨, 인산일암모늄 또는 인산이암모늄으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물을 사용할 수 있다.

상기 인산 이온 용액은 인산 이온의 농도가 30 mM 내지 300 mM 인 것이 바림직하다. 만약 인산 이온의 농도가 30 mM 미만이면 나노 섬유 표면에 인 석출이 미미하고, 이와 반대로 300 mM을 초과하면 용액 내에서 칼슘 이온과 결정을 형성하여 침전물이 형성되어 나노 섬유 표면에 결정이 형성되지 못하는 문제점이 있다.

본 발명에서 상기 단계 4)는 상기 핵이 형성된 나노 섬유를 칼슘 이온 및 인산 이온의 혼합용액에 침지시켜 인산칼슘 핵을 성장시키는 단계를 의미한다. 상기 단계 4)에 의하여 나노 섬유의 표면에 인산칼슘 핵이 균일하게 형성될 수 있다.

이때 나노 섬유는 상기 하이드록시아파타이트로 코팅된다. Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ 구조를 갖는 하이드록시아파타이트의 Ca/P 몰비는 1.67로 인체뼈와 유사하다. 이와 같이 화학적, 결정학적으로 뼈나 치아 내의 무기 조직과 유사한 특성을 가진 하이드록시아파타이트로 나노섬유를 코팅하여 이식 주위의 뼈나 조직과의 접착력 및 안정성을 우수하게 한다.

상기 칼슘 이온 및 인산 이온의 혼합 용액은 칼슘 이온의 농도가 1 mM 내지 10 mM이고, 인산 이온의 농도가 0.5 mM 내지 5 mM이며, pH는 7.35 내지 7.45인 것을 사용한다. 구체적으로, 상기 단계 4)는 핵이 형성된 나노 섬유를 상기 혼합용액에 25℃ 내지 40℃, 바람직하게는 35℃ 내지 40℃에서 1일 내지 14일, 바람직하게는 3일 내지 7일 동안 침지시켜 수행한다. 상기 혼합용액은 5.0 mM Ca^{2 +}, 284 mM Na⁺, 3.0 mM Mg^{2 +}, 10 mM K⁺, 295.6 mM Cl^-, 8.4 mM HCO₃ ^-, 2.0 mM HPO₄ ^{2 -} 및 1.0 mM SO₄ ^{2 -}를 포함한다.

본 발명에서 상기 단계 5)는 상기 핵이 형성된 나노섬유를 열처리하여 나노 섬유를 제거하는 단계를 의미한다. 단계 4)에서 나노섬유는 하이드록시아파타이트로 코팅되어 있으므로, 단계 5)의 열처리에 의하여 나노섬유는 제거되는 반면, 무기물인 하이드록시아파타이트는 형태가 그대로 유지되므로, 하이드록시아파타이트를 나노튜브 형태로 제조할 수 있다.

구체적으로, 상기 단계 5)는 상기 핵이 형성된 나노 섬유를 500℃ 내지 1000℃, 바람직하게는 500℃ 내지 800℃에서, 1시간 내지 10시간, 바람직하게는 2시간 내지 6시간 동안 열처리하여 나노 섬유가 제거된 자성 하이드록시아파타이트 나노튜브를 수득할 수 있다.

본 발명에 따른 자성 하이드록시아파타이트 나노튜브는, 제조방법이 비교적 간단하며, 자성을 가지므로 원하는 조직에 정확한 접근 및 치료가 가능하여 부작용을 최소화한다. 또한, 열치료에도 유용하게 사용될 수 있다.

도 1은, 자성나노입자(a), 폴리카프로락톤-자성나노입자 복합 나노섬유(b), HA 미네랄화된 폴리카프로락톤-자성나노입자 복합 나노섬유(c), 본 발명에 따라 제조된 자성 하이드록시아파타이트 나노튜브(d)의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 2는, 자성나노입자(a), 폴리카프로락톤-자성나노입자 복합 나노섬유(b), HA 미네랄화된 폴리카프로락톤-자성나노입자 복합 나노섬유(c), 본 발명에 따라 제조된 자성 하이드록시아파타이트 나노튜브(d)의 TEM 또는 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 3은, 자성 하이드록시아파타이트 나노튜브의 고배율 TEM 이미지 및 EDS 분석결과를 나타낸 것이다.
도 4는, 자성 하이드록시아파타이트 나노튜브의 자기이력곡선을 나타낸 것이다.

이하，본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐，실시예에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

제조예 1: 자성 나노입자의 제조

상온에서, 1M HCl 중의 FeCl₂·4H₂O 와 FeCl₃·6H₂O를 Fe^{2 +}:Fe^{3 +} = 1:2의 비율로 혼합하였다. 이 혼합물을 활발히 교반하고 있는 1.5M NaOH 용액 200 ml에 30분 동안 적가하였다. 생성 침전물을 자기장을 이용하여 분리하고 8000 rpm으로 원심분리하여 용액의 침전상등액을 따라냈다. 분리 공정을 두 번 반복하고, 연속적인 교반과 함께 침전물에 0.02M HCl 용액 200 ml를 첨가하였다. 상기 생성물을 원심분리로 분리하고 40℃에서 건조하였다. 모든 과정은 질소기체 하에서 수행하였다. 상기 자성 나노입자를 시트르산 용액(0.05M)에 자성교반과 함께 분산시키고, NH₃ 용액(28 wt.%)을 이용하여 pH를 5.5로 조절하였다. 4시간 후, 나노입자를 침전시키고, 아세톤으로 세척하여 남아있는 시트르산을 제거하였다. 샘플을 40℃에서 건조하였다.

제조예 2: 나노섬유의 제조

폴리카프로락톤(PCL; 분자량 : 80,000) 10 중량%를 유기용매(디클로로메탄:에탄올 = 4:1)에 녹이고, 자성 나노입자를 PCL에 대하여 20 중량% 로 첨가하여 전기방사용액을 얻었다. 상기 제조된 전기방사용액을 10 kV의 전장의 세기, 10 cm의 전장거리로 전기방사하여 나노 섬유를 제조하였다

실시예 1: 나노섬유의 표면 활성화 단계

상기 제조예에서 제조된 나노 섬유를 2M의 NaOH 알칼리용액에 4시간 동안 침지하여 표면을 활성화시키고, 알칼리 용액으로부터 나노 섬유를 꺼내어 증류수로 충분히 세척한 후 건조시켰다.

실시예 2: 인산칼슘 핵 형성 단계

상기 실시예 1에서 제조된 나노 섬유를 150 mM 염화칼슘(Ca(CaCl₂) 용액과 150 mM 인산수소나트륨(Na₂HPO₄) 용액에 각각 5초 내지 10분 동안 교대로 침지시키는 단계를 1회 내지 10회 반복하여 나노 섬유 표면에 인산칼슘 핵을 형성시켰다.

실시예 3: 인산칼슘 핵을 성장시키는 단계

상기 실시예 2에서 제조된 나노 섬유를 칼슘 이온의 농도가 1 mM 내지 10 mM이고, 인산 이온의 농도가 0.5 mM 내지 5 mM이며, pH는 7.35 내지 7.45인 칼슘 이온 및 인산 이온의 혼합용액에 37℃에서 7일 동안 침지시킨 후 혼합용액으로부터 나노 섬유를 꺼내어 증류수로 세척하였다.

실시예 4: 열처리하여 고분자를 제거하는 단계

상기 실시예 3에서 제조된 나노 섬유를 500℃에서 5시간 동안 열처리하여 고분자 나노 섬유를 제거하여 나노튜브를 제조하였다

실험예 1: X선 회절 분석

상기 실시예에서 제조된 샘플의 결정상 및 화학결합을 알아보기 위해, X선 회절(XRD, Rigaku)을 수행하고, 얻어진 결과를 도 1에 나타내었다.

도 1의 (d)는 본 발명 실시예에 따라 제조된 자성 하이드록시아파타이트 나노튜브의 XRD 패턴이고, 비교를 위해 자성나노입자(a), 폴리카프로락톤-자성나노입자 복합 나노섬유(b), HA 미네랄화된 폴리카프로락톤-자성나노입자 복합 나노섬유(c)의 패턴도 함게 나타내었다.

그 결과, 산화철 나노입자(a)에서 일반적인 자성 피크(M)가 관찰되었고, 복합 나노섬유(b)에서 PCL 피크(P)가 관찰되었다. 미네랄화 후(c), 불충분하게 결정화된 아파타이트 피크(A)가 약 2θ=26°및 약 2θ=32°에서 생성되었다. 500℃에서 열처리 후(d), 아파타이트 피크(A)가 더욱 도드라지고, 자성피크(M)가 보존됨을 확인하였다.

실험예 2: 주사전자현미경( SEM ) 및 투과전자현미경( TEM ) 분석

상기 실시예에서 제조된 나노섬유의 표면 형상 및 미세 구조를 알아보기 위해 주사전자현미경(SEM, Hitachi S-3000H) 및 투과전자현미경(TEM, JEOL-7100)으로 분석하였고, 얻어진 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2(a)의 TEM 이미지로부터 추측한 자성 나노입자의 크기는 12±1.34nm 이었다. 도 2(b)의 SEM 이미지를 통해, 수백 나노미터의 크기를 가지는 나노섬유가 어떤 구체의 발생 없이 잘 형성되었음을 확인하였다. 도 2(b) 하단에 포함된 높은 배율의 TEM 이미지는, 검은 점으로 나타나는 자성 나노 입자가 처음부터 나노섬유의 표면에 위치하고 있었음을 보여준다. 도 2(c)의 SEM 이미지를 통해, 열처리 되지 않은 복합 나노섬유의 표면이 하이드록시아파타이트로 미네랄화 되어 있음을 확인하였고, 도 2(d)의 SEM 이미지를 통해, 열처리 후 고분자 나노섬유가 제거되어 나노튜브구조가 되는 것을 확인하였다. 도 2(d) 하단에 포함된 고배율 TEM이미지를 통해 이러한 튜브구조를 선명히 확인할 수 있었다.

실험예 3: 나노튜브의 크기 분석 및 나노튜브 내 자성 나노입자의 존재 확인

제조된 나노튜브의 크기를 알아보기 위해, 투과전자현미경으로 분석하였고 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3의 고배율 이미지를 통해, 나노튜브 내 빈 공간의 폭이 650 nm±(80 nm)이고, 벽의 두께가 137 nm±(24 nm)임을 확인하였다. TEM이미지에서 자성나노입자의 존재가 명확히 드러나지는 않았으나. 어둡게 나타난 영역을 통해 자성나노입자의 존재를 추측할 수 있었다.

나노 튜브 내 자성 나노입자의 존재를 확인하기 위해, 원자 구성을 EDS 분석하고 그 결과를 도 3 하단에 나타내었다. 그 결과, Ca 및 P 피크뿐만 아니라, 높은 Fe 피크가 나타났고 이를 통해 산화철 나노입자가 존재함을 확인할 수 있었다.

실험예 4: 자성분석

본 발명에서 제조된 나노튜브의 자기적 성질을 알아보기 위해, 상온에서 superconducting quantum interference device (SQUID, Quantum Design MPMS-XL7)을 이용하여 ±20 kOe의 자기장을 가하여 분석하였고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.

도 4에 나타난 좁은 자기이력 곡선 및 낮은 보자력을 통해, 제조된 나노튜브가 강자성을 가지며, 포화 자화(M_S)가 27.20 emu/g임을 확인하였다. 이를 통해, 상기 나노튜브가 생체적합성 자성재료로 사용하기에 충분한 자성을 가지고 있음을 알 수 있었다. 또한, 가해지는 최대 자기장이 20 kOe일때의 자기이력곡선 면적의 적분값이 57.22×10³ erg/g 임을 확인하였고, 이를 통해 본 발명의 나노튜브를 열치료에 사용할 수 있음을 확인하였다.

Claims (16)

1) 자성 나노입자와 폴리에스테르계 고분자를 포함하는 유기용매를 전기방사하여 나노섬유를 제조하는 단계;
2) 상기 나노섬유를 알칼리 용액으로 처리하여 표면을 활성화시키는 단계;
3) 상기 표면 활성화된 나노 섬유를 칼슘 이온 용액 및 인산 이온 용액에 교대로 침지시켜 나노 섬유 표면에 인산칼슘 핵을 형성하는 단계;
4) 상기 핵이 형성된 나노 섬유를 칼슘 이온 및 인산 이온의 혼합용액에 침지시켜 핵을 성장시키는 단계; 및
5) 상기 핵이 성장된 나노 섬유를 열처리하여 나노 섬유를 제거하는 단계를 포함하는 나노튜브의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 단계 1)의 자성 나노입자는
a) FeCl₂·4H₂O 와 FeCl₃·6H₂O를 혼합하는 단계;
b) 혼합물을 NaOH 용액에 적가하는 단계;
c) 생성침전물을 자기장으로 분리하는 단계;
d) 생성 자성 나노입자를 시트르산 수용액에 분산하는 단계;
e) 나노입자를 침전시키는 단계; 및
f) 생성 나노입자를 세척하고 건조하는 단계;를 포함하는 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.

제2항에 있어서, 단계 a)의 FeCl₂·4H₂O 와 FeCl₃·6H₂O의 혼합비율은 Fe^{2 +} : Fe³⁺ = 1 : 2 인 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 단계 1)의 폴리에스테르계 고분자는 폴리카프로락톤, 폴리락트산, 폴리글리콜산, 폴리락타이드-co-글리콜라이드, 폴리발레로락톤, 폴리하이드록시 부티레이트, 폴리하이드록시 발러레이트, 이들의 공중합체 및 이들의 블렌드로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 단계 1)의 유기용매는, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올; 아세톤; 트리플루오로에탄올; 테트라하이드로퓨란; 디클로로메탄; 클로로포름; 디메틸포름아미드; 아세톤; 및 이들의 혼합용매로 이루어진 군으로부터 선택되는 어는 하나인 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 단계 2)의 알칼리 용액은, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 용액인 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 단계 2)는, 상기 나노 섬유를 상기 알칼리 용액에 침지하여 1시간 내지 10시간 동안 처리하여 표면을 활성화하는 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 단계 3)의 칼슘 이온 용액은, 염화칼슘, 수산화칼슘, 아세트산칼슘, 질산칼슘 및 인산수소칼슘으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 단계 3)의 칼슘 이온 용액은, 칼슘 이온의 농도가 30 mM 내지 300 mM인 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 단계 3)의 인산 이온 용액은, 인산수소나트륨, 인산, 인산이수소나트륨, 인산일암모늄 및 인산이암모늄으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 단계 3)의 인산 이온 용액은, 인산 이온의 농도가 30 mM 내지 300 mM인 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 단계 3)은, 표면 활성화된 나노 섬유를 칼슘 이온 및 인산 이온 용액에 각각 5초 내지 10분 동안 1회 내지 10회 교대로 침지시키는 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 단계 4)의 상기 칼슘 이온 및 인산 이온의 혼합 용액은, 칼슘 이온의 농도가 1 mM 내지 10 mM이고, 인산 이온의 농도가 0.5 mM 내지 5 mM이며, pH는 7.35 내지 7.45인 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 단계 4)는 25℃ 내지 40℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 단계 4)는, 상기 핵이 형성된 나노 섬유를 칼슘 이온 및 인산 이온의 혼합 용액에 1일 내지 14일 동안 침지시키는 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 단계 5)은, 상기 핵이 형성된 나노 섬유를 500℃ 내지 1000℃에서 1시간 내지 10시간 동안 열처리하여 나노 섬유를 제거하는 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.

Images