KR101395533B1 - 생체세라믹 다공체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다공체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기계적 특성이 향상된 생체 세라믹 다공체의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생체 세라믹 분말, 바인더, 분산제, 동결방지제 및 동결매체로 세라믹 슬러리를 제조하는 단계; 상기 세라믹 슬러리를 진공 하에서 발포시켜 거대 기공을 가진 다공체를 형성시키는 단계; 상기 거대 기공을 가진 다공체를 동결매체의 어는점 이하에서 동결 성형시키는 단계; 상기 동결 성형된 구조체를 동결건조시켜 동결매체를 제거하여 다공성 세라믹 그린 바디를 형성시키는 단계; 및 상기 다공성 세라믹 그린 바디를 열처리하는 단계를 포함하여 동결방지제를 이용하여 날카로운 형태의 동결 결정상을 제어하며, 거대 다공성 구조를 가지는 세라믹 지지체의 강도를 부여하여 높은 기계적 특성과, 높은 생체 적합성을 동시에 가지는 생체 세라믹 다공체의 제조방법에 관한 것이다.

Description

생체세라믹 다공체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다공체{Method for producing porous bioceramics and Porous bioceramics manufactured thereby}

본 발명은 동결방지제를 이용한 생체세라믹 다공체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다공체에 관한 것이다.

선천적 기형이나, 결손 또는 외상으로 인하여 발생한 뼈의 결손을 보전하기 위하여 생체세라믹으로 이용하여 뼈를 대신하기 위한 인공 뼈의 연구가 활발히 연구되어 오고 인공 뼈의 구조를 모방하기 위한 기술들이 계속 개발되어 오고 있다. 인체의 뼈 구조를 모방하여 만들어지는 인공 뼈의 경우 3차원적으로 상호 연결된 다공성 구조는 넓은 표면적을 가지게 된다. 이는 골세포의 부착 및 분화를 활성화하여 골 형성을 보다 빠르게 대체될 수 있게 도와준다. 현재에도 인공 뼈를 제조하기 위한 방법으로 다양한 기술들로 상업화되고 있다.

다공성 구조의 인공 뼈를 제조하기 위한 방법으로는 스폰지 복제법(Sponge replication), 자유형상 제조방법(Solid freeform fabrication), 공압출법(Co-extrusion), 동결주조법(Freeze casting) 마지막으로 진공발포법(Vacuum-assisted forming technique) 등의 기술이 사용되고 있다.

스폰지 복제법(sponge replication)은 폴리우레탄 스폰지를 세라믹 슬러리로 코팅하여 다공체를 제조하는 기술로서[비특허문헌 1] 스폰지의 구조대로 다공체 구조의 시편을 얻는데 유용하다. 하지만 열처리 과정 중 균열 등 상대적으로 강도가 약하고 기존 스폰지 구조 형태로 기공 구조가 얻어지기에 인위적인 기공 구조 제어가 불가능하다는 문제점이 있다.

다음으로, 자유형상 제조방법(Solid freeform fabrication)은 보다 최근의 기술로 컴퓨터 시스템을 이용하여 기술자의 디자인에 따라 세라믹 다공체를 제조하는 기술[비특허문헌 2]로서 인위적인 구조를 얻거나 복잡한 형태의 기공구조를 모방하는데 유리하다. 하지만 고가의 장비와 생산량의 제한 등의 단점이 있다.

그리고 공압출법(Co-extrusion)은 소결 상태전의 세라믹 그린 바디를 압출법으로 다시 제조하여서 이들을 쌓은 후 다공체 구조의 인공 뼈를 제조하는 기술이다[비특허문헌 3]. 이 기술로는 기공율과 기공의 크기가 조절이 유용하나 열처리 도중의 균열이 발생하는 문제가 있다.

또한, 동결주조법(Freeze casting)은 세라믹 슬러리를 급 동결한 후 건조시켜 동결매체의 아이스(ice)를 제거하고 동결매체로 인해 만들어진 수지상 결정의 수십 마이크로의 기공 구조를 얻기 위해 열처리를 통해 세라믹 다공체를 제조하는 기술로서[비특허문헌 4], 친환경적이며 저렴한 비용의 장점이 있다. 하지만 100 ㎛ 미만의 즉, 수십 마이크로의 작은 기공크기와 닫혀진 기공 구조 등으로 바이오 인공 뼈로서의 활용이 극히 제한되었다.

한편, 진공 발포법(Vacuum-assisted forming technique)[비특허문헌 5]은 발포제 역할과 동시에 바인더 역할을 하는 폴리머 등의 첨가된 세라믹 슬러리를 충분히 혼합 후 진공 발포법을 이용하여 이 진공발포법에 의해 상대적으로 증가된 기공 구조, 즉 100 ㎛ 이상의 이상적인 다공체와 3차원적으로 연결된 큰 기공을 얻는데 매우 유용하다. 하지만, 다공체 구조가 증가된 반면 다른 방법에 비해 강도가 취약해지는 단점이 있다.

상기 진공 발포법을 이용하여 동결주조법으로 인한 기공크기의 증가에 한계점을 극복하여 기공크기의 증가와 3차원적으로 연결된 기공 구조를 가지는 다공체를 얻을 수 있으나, 거대 기공크기와 높은 기공율 또한 동결매체로 이한 뾰족한 형상의 세라믹 벽의 기공 구조로 인한 낮은 기계적 특성이 있는 문제점이 있다.

따라서, 높은 골 세포의 부착과 골 유도를 유도하여 보다 높은 골 조직 재생을 유도하기 위한 거대기공을 가지고, 또한 동시에 높은 기계적 특성을 가져 보다 기계적 특성을 요구하는 골 지지체로 사용될 수 있는 제조방법의 기술 개발이 필요하다.

S. Callcut and J.C.Knowles,"Correlation Between Structure and Compressive Strength in a Reticulated Glass-reinforced Hydroxyapatite Foam.", J. Mater. Sci.: Mater.Med.13, 485-489 (2002) Y.H.Koh et al, "Fabrication of poly(ε-caprolactone)/hydroxyapatite scaffold using rapid direct deposition", Materials Letters, 60, 1184-1187 (2006) C. J. Bae, H. W. Kim, Y. H. Koh, and H. E. Kim, "Hydroxyapatite (HA) Bone Scaffolds with Controlled Macrochannel Pores." J. Mater Sci.: Mater. Med. 17,517-521(2006) B. H.Yoon, Y. H. Koh, C. S. Park, and H. E. Kim, "Generation of Large Pore Channels for Bone Tissue Engineering using Camphene-based Freeze Casting," J. Am. Ceram. Soc., 90, 1744-1752 (2007) H. J. Yoon, U. C. Kim, J. H. Kim, Y.H.Koh, W. Y. Choi, H.E. Kim, "Macroporous Alumina Ceramics with Aligned Microporous Wall by Unidirectionally Freezing Foamed Aqueous Ceramics Suspensions," J. Am. Ceram. Soc 98[6] 1580-1582 (2010)

이에, 본 발명자들은 종래의 세라믹 슬러리 진공 발포법의 한계를 극복하기 위하여, 동결방지제를 이용하여 다공성 세라믹이 동결될 때 생기는 동결매체에 의한 얼음결정 형상을 제어함으로써 기계적 특성을 향상시킨 생체세라믹 다공체를 제조하는 방법을 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 동결방지제를 이용한 세라믹 슬러리 진공 발포법으로 다공성 세라믹이 동결될 때 생기는 동결매체에 의한 얼음결정 형상을 제어함으로써 기계적 특성을 향상시킨 생체 세라믹 다공체의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 생체 세라믹 다공체 및 이를 포함하는 골 충진재 또는 골 대체재를 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은

생체 세라믹 분말, 바인더, 분산제, 동결방지제 및 동결매체로 세라믹 슬러리를 제조하는 단계;

상기 세라믹 슬러리를 1차 발포 후, 진공 하에서 2차 발포시켜 거대 기공을 가진 다공체를 형성시키는 단계;

상기 거대 기공을 가진 다공체를 동결매체의 어는점 이하에서 동결 성형시키는 단계;

상기 동결 성형된 구조체를 동결건조시켜 동결매체를 제거하여 다공성 세라믹 그린 바디를 형성시키는 단계; 및

상기 다공성 세라믹 그린 바디를 열처리하는 단계;

를 포함하는 생체 세라믹 다공체의 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명은

상기 방법에 의해 제조된 생체 세라믹 다공체를 제공한다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서, 본 발명은

상기 생체 세라믹 다공체를 포함하는 골 충진재 또는 골 대체재를 제공한다.

본 발명은 동결방지제를 이용하여 거대 다공성 세라믹 소재의 기계적 특성을 증진시키는 제조방법으로서, 제조된 다공체는 100 ㎛ 이상의 거대 기공과 동시에 상호 연결된 다공성 구조를 가짐과 동시에 기계적 특성을 월등히 높여 골 결손 또는 손상 시 골 재생용 지지체로 사용하는데 매우 적합하다

도 1은 본 발명에 따른 동결방지제를 이용한 세라믹 슬러리 포밍법으로 생체 세라믹 다공체를 제조하는 과정을 나타낸 개략도이다.
도 2는 동결방지제의 글리세롤 함량에 따른 기공 구조를 보여지는 다공체의 SEM 사진이다[(a) 0 g, (b) 0.5 g, (c) 1.0 g, (d) 1.5 g].
도 3은 다공체의 SEM 사진으로, 글리세롤 함량에 따른 동결매체에 의한 마이크로 기공 구조가 제어되는 구조를 보이는 단면도이다[(a) 0 g, (b) 0.5 g, (c) 1.0 g, (d) 1.5 g].
도 4는 글리세롤 함량에 따른 생체 세라믹 다공체의 기계적 특성을 나타낸 것이다.

본 발명은 세라믹 슬러리 진공 포밍을 이용한 생체 다공체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은

생체 세라믹 분말, 바인더, 분산제, 동결방지제 및 동결매체로 세라믹 슬러리를 제조하는 단계;

상기 세라믹 슬러리를 1차 발포 후, 진공 하에서 2차 발포시켜 거대기공을 가진 다공체를 형성시키는 단계;

상기 거대기공을 가진 다공체를 동결매체의 어는점 이하에서 동결 성형시키는 단계;

상기 동결 성형된 구조체를 동결건조시켜 동결매체를 제거하여 다공성 세라믹 그린 바디를 형성시키는 단계; 및

상기 다공성 세라믹 그린 바디를 열처리하는 단계;

를 포함하는 생체 세라믹 다공체의 제조방법을 그 특징으로 한다.

먼저, 생체 세라믹 분말, 바인더, 분산제, 동결방지제 및 동결매체로 적당한 점도를 갖는 슬러리를 제조하는 단계로서, 상기 세라믹 슬러리는 동결매체에 생체 세라믹 분말을 분산시켜서 만든다.

상기 생체 세라믹 분말은 수산화인회석(Hydroxy Apatite; HA), 불소 함유 수산화인회석(Fluoridated Hydroxy Apatite, FHA), 삼인산칼슘(tricalciumphosphate;TCP) 등의 인산 칼슘계 화합물(Calcium Phosphates), BCP(biphasic calcium phosphate), 알루미나(alumina), 지르코니아(zirconina), 실리카(silica) 및 바이오글래스로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.

상기 동결매체와 생체 세라믹 분말이 균일하게 혼합되기 위하여는 바인더와, 분산제를 사용하는데, 상기 바인더로는 기공구조의 형상을 잘 재현할 수 있는 한 특별히 제한할 필요는 없으나, 바람직하게는 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜,폴리비닐 부티랄, 젤라틴, 키토산등 물에 녹는 수용성 고분자 및 폴리에틸렌옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 상기 분산제는 균일한 슬러리가 형성될 수 있는 한 특별하게 제한할 필요는 없는데, 바람직하게는 올리고머 폴리에스터(oligomeric polyester)를 사용할 수 있다. 또한, 액상으로 슬러리가 제조되는 관계상 상기 동결매체의 녹는점 이상의 온도에서 분산할 수 있다. 여기서 분산하여 균일하게 혼합하는 방법으로는 특별하게 한정할 것은 아니나, 온도 조절이 용이한 핫플레이트를 사용하여 혼합하는 방법, 상기 혼합물의 내부에 볼 밀링 장치가 설계된 오븐을 이용하여 혼합하는 방법이 있을 수 있는데, 양산(mass production)을 위하여는 통상 후자가 사용될 수 있다.

상기 동결매체는 세라믹 슬러리를 어는점 보다 최소 10℃ 이하 낮은 온도에서 급속히 동결할 수 있는 용매로 한정되며, 구체적으로는 물 및 물과 혼합된 용액 등이 바람직하다.

상기 동결매체는 세라믹 분말 100 중량부에 대하여 20 내지 90 중량부, 바람직하게는 25 내지 80 중량부, 보다 바람직하게는 30 내지 70 중량부 사용하는 것이 적합하며, 만일 동결매체를 20 중량부 미만으로 사용하면 다공체의 강도가 너무 약해 쉽게 부서질 우려가 있으며, 90 중량부를 초과하면 진공 발포에 적합한 점도를 갖는 세라믹 슬러리의 제조의 어려움이 있다.

상기 동결방지제는 어는점을 제어하여 동결매체에 의해 생성되는 날카로운 얼음 결정형상을 억제하는 물질로서, 구체적으로 글리세롤(glycerol), 글루코스 디메틸황산화물 등을 사용할 수 있다. 상기 동결방지제는 세라믹 분말 100 중량부에 대하여 0.5 내지 30 중량부, 바람직하게는 1 내지 25 중량부, 보다 바람직하게는 2 내지 20 중량부 사용하는 것이 적합하며, 만일 동결방지제를 0.5 중량부 미만으로 사용하면 동결방지제가 얼음결정상을 제어하는데 극소량의 효과를 보여주기때문에 얼음결정상제어하는데 한계가 있고, 30 중량부를 초과하면 세라믹은 슬러리 점도가 묽어져 진공포밍시키는데 한계가 있고, 또한 동결후 시편을 건조과정 중에 급속으로 녹아버려 시편구조를 유지하는데 한계가 있다.

상기 바인더는 세라믹 분말 100 중량부에 대하여 0.5 내지 20 중량부, 바람직하게는 1 내지 15 중량부, 보다 바람직하게는 2 내지 10 중량부를 사용하는 것이 적합하며, 만일 바인더를 0.5 중량부 미만 사용하면 세라믹 슬러리의 점도가 너무 낮아 진공 발포가 어렵고, 세라믹 그린 바디에서 일정 형태를 유지하는데 어려움이 있으며, 20 중량부를 초과하면 슬러리 혼합의 어려움과 소결 시 바인더 제거에 어려움이 있을 수 있다.

상기 분산제는 세라믹 분말 100 중량부에 대하여 1 내지 30 중량부, 바람직하게는 3 내지 25 중량부, 보다 바람직하게는 5 내지 20 중량부를 사용하는 것이 적합하며, 만일 분산제를 1 중량부 미만 사용하면 세라믹 입자들이 서로 응집하여 균일한 조성을 갖는 슬러리를 제조하기 어려우며, 30 중량부를 초과하면 세라믹 슬러리의 점도가 낮아 진공 포밍이 어려운 문제가 있다.

다음은 상기 세라믹 슬러리를 1차 발포시키는 단계로서, 슬러리 내에 공기방울을 형성시킨다.

특히, 본 발명에서는 세라믹 슬러리 내부에 균일한 공기 방울(air bubbles)을 잘 형성하기 위해 자석 교반(magnetic stirring)을 실시하는 것이 바람직하며, 교반 속도는 400 내지 1200 rpm이 바람직하다. 400 rpm 미만인 경우에는 세라믹 슬러리 내부에 균일한 공기 방울을 형성하기 어려우며, 1200 rpm을 초과하면 도입된 공기방울의 크기가 너무 작아 골 대체제에 적합하지 않는 한계가 있다.

다음은, 상기 1차 발포된 세라믹 슬러리를 진공 하에서 2차 발포시키는 단계로서, 공기방울들이 커지고 서로 겹치도록 유도하여 기공크기와 기공연결도가 월등히 향상될 수 있다. 상기 진공은 40 내지 80 kPa의 압력 범위 내에서 제어하는 것이 바람직하다. 만일 40 kPa의 압력 미만인 경우에는 공기 방울의 팽창이 상대적으로 작아, 제조된 세라믹 다공체의 기공의 크기가 작고 서로 간의 연결도가 떨어지는 한계가 있고, 80 kPa의 압력을 초과하면 공기방울들이 과도하게 팽창하여, 제조된 세라믹 다공체의 강도를 급격히 감소시키는 문제가 있다.

또한, 2차 발포 정도는 100 내지 300 vol%로 실시하는 것이 바람직하다. 만일 100 vol% 미만인 경우에는 공기방울의 팽창이 작아, 제조된 세라믹 다공체의 기공크기가 작고 기공 간의 연결도가 상대적으로 떨어지는 문제가 있고, 300 vol%을 초과하면 공기방울들이 과도하게 팽창하여, 제조된 세라믹 다공체의 강도를 급격히 감소시키는 문제가 있다.

다음은, 상기 2차 발포된 세라믹 슬러리를 동결매체의 어는점 이하로 냉각시켜 세라믹 그린 바디를 제조하는 단계로서, 동결성형 후 진공을 유지한 채, 일정한 온도 범위를 유지하면서 세라믹 슬러리를 냉각하여 고체화시키는 과정이다. 냉각 온도는 균일한 기공 구조를 얻기 위해서 동결매체의 어는점 보다 10 ℃ 이하 낮은 온도에서(구체적으로, 동결매체가 물인 경우 -10 내지 -100 ℃에서) 급속히 동결을 실시하는 것이 바람직하다.

또한, 동결온도를 다양하게 변화시킴으로써 동결매체의 응결상의 간격을 조절하여 세라믹 벽에 존재하는 마이크로 기공의 크기를 제어할 수 있다. 즉, 일반적으로 동결온도가 낮을수록 핵생성 속도가 빨라져 대개 수지상인 응결상의 간격이 좁아지게 되므로 동결건조에 의해 상기 응결상을 제거하게 되면 낮은 동결온도의 경우 작은 마이크로 크기의 기공이 이루어지게 되어 동결 온도의 차이에 따라 세라믹 벽의 기공크기가 달라지는 것이다. 또한, 동결방지제를 사용함으로써 슬러리가 급속 동결되는 점, 즉 동결온도를 제어함으로써 동결온도 이하에서 생기는 급격한 동결로 생기는 뾰족하고 정렬되어 있는 얼음결정상(건조 후 마이크로 기공)을 제어하며, 특히 동결방지제의 함량이 증가할수록 그 형상은 점점 원형에 가깝게 제어될 수 있다.

다음은, 상기 세라믹 그린 바디를 동결건조시켜 다공성 세라믹 그린 바디를 얻는 단계로서, 동결건조 과정을 거쳐 공기방울과 응결상을 제거하여 다공성의 세라믹 그린 바디를 제조한다.

다음은, 상기 다공성 세라믹 그린 바디 내 세라믹을 치밀화하는 단계로서, 다공성 세라믹 그린 바디를 열처리하여 바인더와 분산제를 제거하고, 세라믹을 치밀화하게 함으로써 세라믹으로 형성된 다공체에 강도를 부여한다. 상기 열 처리는 1000 내지 1300 ℃에서 1 내지 3 시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 이때, 소결 온도가 너무 낮거나 시간이 너무 짧은 경우에는 기계적 강도가 낮아질 수 있고 세라믹 외 바인더와 분산제가 잘 제거되지 않을 수도 있으며, 소결 온도가 너무 높거나 시간이 너무 길면 화학적 조성이 달라질 수 있다.

본 발명은, 또한 상기 방법으로 제조된 생체 세라믹 다공체에 관한 것이다.

특히, 상기 생체 세라믹 다공체는 기공율이 70 내지 95%이고, 기공크기가 70 내지 700 ㎛(바람직하게는 100 내지 500 ㎛)의 거대기공을 가지며, 기공 연결크기가 20 내지 300 ㎛(바람직하게는 50 내지 250 ㎛)이며, 기계적 강도가 0.8 내지 5.0 MPa(바람직하게는 1.0 내지 4.0 MPa)로 기존 세라믹 진공 발포법으로 제조된 다공체 보다 1.5배 내지 4배 정도 향상되었다.

본 발명에 따라 제조된 생체 세라믹 다공체를 골 대체재 또는 골 충진재로 사용할 수 있다.

이하, 본 발명에 따르는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1: 생체 세라믹 다공체 제조

1. 슬러리의 준비 단계

증류수, 글리세롤[Sigma Aldrich, St. Louis, MO], 분산제(Hypermer-KD6; UniQema, Everburg, Belgium)와 바인더(PVA, Sigma Aldrich)를 자석 교반기를 이용하여 용액을 혼합한 후 평균 입경이 500 nm인 30vol% 생체 세라믹(BCP) 분말[NT-BCP; OssGen Co., Gyeongbuk, Korea]을 투입하여 세라믹 슬러리를 제조하였다[함량은 하기 표 1에 나타냄].

BCP 분말 [g]	8	8.7	9.3	9.9
증류수[g]	5
바인더(PVA) [g]	0.44
분산제(KD6) [g]	0.7	0.75	0.8	0.9
글리세롤[g]	0(0 wt%)	0.5(9 wt%)	1.0(17 wt%)	1.5(23 wt%)

2. 자석교반 ( magnetic stirring ) 과정을 이용한 세라믹 슬러리 1차 발포

전체적으로 잘 혼합되고 균일한 다공성의 시편을 얻기 위하여 1200의 rpm 속도의 자석교반(magnetic stirring)을 통해 공기방울(air bubble)을 만들어 1시간 이상 교반하였다. 그 후, 200 rpm 속도에서 1시간 이상 교반하였다. 이 단계에서 1차적으로 발포된 세라믹 슬러리를 제조하였다.

3. 세라믹 진공 발포( ceramic slurry vacuum - assisted foaming )

1차적으로 발포된 세라믹 슬러리를 쉽게 탈형할 수 있는 강도의 몰드에 슬러리를 부은 후 40 내지 80 kPa 압력 범위로 조절하면서 진공 하에 200 vol% 정도로 발포하여, 2차적으로 공기방울들의 크기를 증가시키고, 또한 공기방울들이 서로 겹쳐지도록 유도하여 기공크기와 기공 연결도를 월등히 향상된 시편을 제조하였다.

4. 동결 성형( freeze casting )

2차 포밍된 세라믹 슬러리를 동결매체(물)의 어는점(0 ℃) 이하, 여기서는 -70 ℃에서 1시간 정도 급속 냉각시켜 세라믹 그린 바디를 제조함과 동시에 동결매체의 얼음 결정상을 형성하여 동결된 세라믹 그린 바디를 형성한 후 이 시편을 동결건조(freeze drying) 과정을 하루 정도 거쳐 동결매체를 제거하고 동시에 얼음결정상이 제거됨으로써 응결상 모양의 마이크로 기공이 있는 세라믹 그린 바디를 제조하였다.

5. 세라믹 그린 바디의 소결( sintering )

다공성 세라믹 그린 바디 내 세라믹을 치밀화시키고 이 시편에 함유되었던 바인더와 분산제를 제거하기 위하여 소결 과정을 거쳤다.

보다 균일한 시편을 얻기 위해 400℃까지 분당 상승 온도(1 ℃/min)으로 조절하였고 400 ℃에서 2시간 정도 거쳐 바인더와 분산제를 제거시키고 1250 ℃까지 분당 상승 온도(5 ℃/min)으로 올린 후 2시간 정도 홀딩시간을 주어 세라믹을 치밀화하게 함으로써 세라믹으로 형성된 다공체에 강도를 부여하였다.

상기 방법과 같이, 글리세롤 함량에 따른 모든 시편의 경우 거대 다공성을 보이며 잘 소결된 것으로 확인되었다 [도 2].

하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 글리세롤 함량이 증가할수록 기공율이 90%에서 87%로 마이크로 기공이 더 치밀해짐에 따라 근소하게 감소하였다. 또한, 글리세롤 함량이 증가할수록 점성이 높아지기 때문에 기공크기가 350 ㎛에서 232㎛로 감소하였다. 하지만 기공 연결 크기는 모두 96~127 ㎛로 뼈가 생성되기에 충분한 크기를 가지고 있었다.

글리세롤이 첨가되지 않은 시편의 경우 전형적인 기공 벽에 얼음결정상의 형태인 마이크로 채널의 기공을 보이지만 글리세롤이 첨가될수록 마이크로 기공이 점점 제어되는 것을 확인할 수 있다. 특히, 23wt%의 글리세롤이 첨가된 시편의 경우 다른 시편에 비해 기공벽이 더 치밀해진 것을 SEM상으로 확인되었다. 절단면 또한 확연하게 감소된 것을 볼 수 있다[도 3].

글리세롤 첨가에 따른 시편 모두에 대해 기계적 강도를 측정하였다.

압축강도는 글리세롤이 0 wt%에서 23 wt%로 증가했을 때 강도 역시 확연하게 0.72 MPa에서 2.36 MPa로 증가함을 확인하였다[표 2, 도 4]

글리세롤 함량(wt%)		0	9	17	23
기공 구조	기공율(vol%)	90.4±1.0	89.2±0.4	88.2±1.2	87.0±1.0
	기공크기(㎛)	351±171	287±127	276±129	232±95
	기공 연결크기 (㎛)	127±48	135±63	96±43	96±35
압축강도(MPa)		0.72±0.11	1.12±0.28	1.29±0.28	2.36±0.41

Claims (10)

1. 생체 세라믹 분말, 바인더, 분산제, 글리세롤 및 물로 세라믹 슬러리를 제조하는 단계;
   상기 세라믹 슬러리를 1차 발포 후, 진공 하에서 2차 발포시키는 단계;
   상기 2차 발포된 세라믹 슬러리를 -100℃~-10℃로 냉각시켜 다공성 세라믹 그린 바디를 형성시키는 단계; 및
   상기 다공성 세라믹 그린 바디를 열처리하는 단계;
   를 포함하는 생체 세라믹 다공체의 제조방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 생체 세라믹 분말은 수산화 인회석(Hydroxy Apatite; HA), 불소 함유 수산화 인회석(Fluoridated Hydroxy Apatite, FHA), 삼인산 칼슘(tricalciumphosphate; TCP), BCP(biphasic calcium phosphate), 알루미나(alumina), 지르코니아(zirconina), 실리카(silica) 및 바이오글래스로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 생체 세라믹 다공체의 제조방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 바인더는 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐 부티랄, 젤라틴, 키토산 및 폴리에틸렌옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 생체 세라믹 다공체의 제조방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 분산제는 올리고머 폴리에스터(oligomeric polyester)인 생체 세라믹 다공체의 제조방법.
   
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7. 제 1 항에 따른 방법으로 제조되며, 기공율이 70 내지 95%이고, 기공크기가 70 내지 700 ㎛이며, 기공 연결크기가 20 내지 300 ㎛인 생체 세라믹 다공체.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   압축강도가 0.8 내지 5 MPa인 생체 세라믹 다공체.
   
9. 청구항 7의 생체 세라믹 다공체를 포함하는 골 대체재.
   
10. 청구항 7의 생체 세라믹 다공체를 포함하는 골 충진재.

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