KR101652274B1 - Artificial biomaterial using copper based compound - Google Patents

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Abstract

가격이 상대적으로 저렴하고 가공이 용이하며, 독성이 없고 항균성이 우수한 구리계 화합물이 포함된 인공 생체재료를 제시한다. 그 재료는 인체에 삽입되는 인공 생체용 모재의 표면에 구리계 화합물을 포함한 코팅막을 형성하고, 이때 구리계 화합물은 수용액에서 황산구리(CuSO4)와 황화염을 1:1의 몰비로 반응시켜 생성된 CuxSy(x/y=0.8~1.5)이다.We present an artificial biomaterial containing a copper-based compound that is relatively inexpensive, easy to process, has no toxicity, and has excellent antibacterial properties. The material is formed by forming a coating film containing a copper compound on the surface of an artificial living body base material inserted into the human body, wherein the copper compound is formed by reacting copper sulfate (CuSO 4 ) and a sulfur flame in an aqueous solution at a molar ratio of 1: 1 CuxSy (x / y = 0.8 to 1.5).

Description

구리계 화합물을 이용한 인공 생체재료{Artificial biomaterial using copper based compound}TECHNICAL FIELD The present invention relates to an artificial biomaterial using a copper based compound,

본 발명은 구리계 화합물을 이용한 생체재료에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도전성을 가진 구리계 화합물에 의해 항균성을 높인 인공 생체재료에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a biomaterial using a copper-based compound, and more particularly, to an artificial biomaterial having an antimicrobial property enhanced by a copper-based compound having conductivity.

인공 생체재료는 인체의 정상적인 피부 외의 생체조직과 접촉하여 사용하는 재료를 말한다. 각종 사고에 따른 장애인과 노령화 인구가 늘면서, 인체에 삽입되어 손상된 부분을 대체하거나 심장과 같은 장기의 치료를 보조하는 인공 생체재료가 확대되고 있다. 현재에는 인공뼈, 인공관절, 인공치아, 스텐트(stent) 등의 인공 생체재료가 매우 다양하게 사용되고 있다. 향후, 인체의 많은 부분은 인공 생체재료로 대체할 수 있을 것으로 보인다. 인공 생체재료에 사용되는 모재는 크게 금속 재료, 고분자 재료, 세라믹 재료, 복합 재료로 나눌 수 있다. 인공 생체재료는 인체에 이식 수술하는 과정에서 항균성이 불량하여 병원균에 감염될 위험이 있다. 병원균은 생체재료의 표면에 쉽게 군집화하여, 심각한 오염문제를 낳는다. An artificial biomaterial refers to a material used in contact with a living tissue other than the normal skin of a human body. As people with disabilities and the aging population increase due to various accidents, artificial biomaterials that are inserted into the body to replace damaged parts or assist in the treatment of organs such as the heart are being widened. Currently, artificial biomaterials such as artificial bones, artificial joints, artificial teeth, and stents are widely used. In the future, much of the human body is likely to be replaced by artificial biomaterials. Base materials used in artificial biomaterials can be broadly classified into metal materials, polymer materials, ceramic materials, and composite materials. Artificial biomaterials are at risk of being infected with pathogens due to poor antimicrobial activity in the process of transplanting into the human body. Pathogens easily cluster on the surface of biomaterials, resulting in serious contamination problems.

종래는 인공 생체재료에 항균성을 부여하기 위하여, 은 이온을 방출하는 은(Ag) 및 은염을 사용하여 왔다. 은(Ag)은 매우 낮은 농도에서도 박테리아에 대해 높은 독성을 갖으며, 병원균의 내성을 발달시키는 경향이 낮다. 미국등록특허 제3800087호, 독일등록특허 제4328999호, 대한민국 특허등록 제10-0987728호 등에서는 은(Ag)을 생체재료의 표면에 코팅하는 방법을 제시하고 있다. 또한, WO 01/09229A1, WO 2004/024205 A1 및 EP 0 711 113 A 및 문헌[Muenstedt et al., Advanced Engineering Materials 2000,2(6), pages 380 to 386]에는 나노결정질 은(Ag)을 열가소성 폴리우레탄에 혼입하는 방법이 기재되어 있다. Conventionally, in order to impart antimicrobial properties to an artificial biomaterial, silver (Ag) and silver salts which emit silver ions have been used. Silver (Ag) is highly toxic to bacteria at very low concentrations and has a low propensity to develop resistance to pathogens. US Patent No. 3800087, German Patent No. 4328999, and Korean Patent No. 10-0987728 disclose a method of coating silver (Ag) on the surface of a biological material. In addition, nanocrystalline silver (Ag) can be thermoplastically doped as described in WO 01/09229 A1, WO 2004/024205 A1 and EP 0 711 113 A and Muenstedt et al., Advanced Engineering Materials 2000, 2 (6), pages 380 to 386 Is incorporated into polyurethane.

그런데, 은을 생체재료에 코팅하거나 혼입하면, 은(Ag)의 부착성을 높이기 위한 공정이 매우 복잡하고, 투입된 은(Ag)에 비해 단지 소량의 은(Ag)만이 항균작용을 하게 된다. 종래에 사용된 은(Ag)은 항균성이 우수하다는 것은 알려져 있음에도 불구하고, 실용화에는 많은 한계가 있다. 은(Ag)은 높은 항균성과 편이성이 있음에도 불구하고, 지나치게 공급가격이 높다. 이를 해결하기 위하여, 항균 코팅을 할 때, 은염(salt of Ag)을 포함시키기도 하였다. 그런데, 은염은 은(Ag)에 비해, 특정 환경에서 독성을 가질 수 있는 음이온이 존재할 수 있다. 질산은과 같은 일부 은염은 물에 매우 잘 용해되므로 표면 코팅으로부터 은 이온이 주변으로 너무 빨리 전달되고, 염화은과 같은 다른 은염은 용해도가 미미하여 은 유체에 너무 늦게 전달될 수 있다. However, when the silver is coated or incorporated into the biomaterial, the process for increasing the adhesion of silver (Ag) is very complicated, and only a small amount of silver (Ag) is antimicrobial compared to silver (Ag). Although it is known that silver (Ag) used in the past is excellent in antibacterial property, there are many limitations in practical use. Silver (Ag) has high antimicrobial properties and convenience, but it is overpriced. In order to solve this problem, a salt of Ag was included in the antibacterial coating. However, compared to silver (silver), there may be anions that can be toxic in certain circumstances. Some silver salts such as silver nitrate dissolve very well in water, so silver ions from the surface coating are delivered too quickly to the surroundings and other silver salts such as silver chloride may be too late to be delivered to the silver fluid due to insufficient solubility.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 가격이 상대적으로 저렴하고 가공이 용이하며, 독성이 없고 항균성이 우수한 구리계 화합물이 포함된 인공 생체재료를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an artificial biomaterial comprising a copper-based compound which is relatively inexpensive, easy to process, free from toxicity, and excellent in antibacterial activity.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 구리계 화합물이 포함된 인공 생체재료는 인체에 삽입되는 인공 생체용 모재 및 상기 모재의 표면에 구리계 화합물을 포함한 코팅막을 형성한다. 이때, 상기 화합물은 수용액에서 황산구리(CuSO4)와 황화염을 1:1의 몰비로 반응시켜 생성된 CuxSy(x/y=0.8~1.5)인 구리계 화합물이다.An artificial biomaterial including a copper based compound for solving the problems of the present invention forms an artificial living body base material to be inserted into a human body and a coating film containing a copper based compound on the surface of the base material. At this time, the compound is a copper-based compound of CuxSy (x / y = 0.8-1.5) produced by reacting copper sulfate (CuSO 4 ) with a sulfur flame at a molar ratio of 1: 1 in an aqueous solution.

본 발명의 바람직한 인공 생체재료에 있어서, 상기 코팅막은 습식도포, 증착 또는 도금 중의 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다. 상기 코팅막은 습식도포에 의해 형성되는 경우, 상기 코팅막을 형성하기 위한 코팅액은 상기 화합물을 0wt%보다 크고 50wt%이하를 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 0.01~30wt%를 포함할 수 있다.In the preferred artificial biomaterial of the present invention, the coating film may be formed by any one of wet coating, vapor deposition, and plating. When the coating film is formed by wet coating, the coating solution for forming the coating film may contain more than 0 wt% and less than 50 wt%, more preferably 0.01 to 30 wt%, of the compound.

바람직한 본 발명의 인공 생체재료에 있어서, 상기 인공 생체용 모재는 금속 재료, 세라믹 재료, 고분자 재료 및 이들 중의 적어도 하나가 혼합된 복합 재료 중에 선택된 어느 하나일 수 있다. 상기 인공 생체재료는 상기 금속 재료, 상기 세라믹 재료 및 상기 복합 재료의 일부 중에 선택된 어느 하나의 상기 모재의 표면에 화합물이 코팅되어 있는 것일 수 있다. 상기 인공 생체재료는 상기 고분자 재료 및 상기 복합 재료의 일부 중에 선택된 어느 하나의 상기 모재의 표면에 상기 화합물이 코팅하거나 상기 모재에 상기 화합물이 분산되어 있을 수 있다.In the artificial biomaterial of the present invention, the artificial living body base material may be any one selected from a metal material, a ceramic material, a polymer material, and a composite material in which at least one of them is mixed. The artificial biomaterial may be one in which a compound is coated on the surface of any one of the metal material, the ceramic material and a part of the composite material. The artificial biomaterial may be coated with the compound on the surface of any one of the polymer material and a part of the composite material, or the compound may be dispersed in the base material.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 화합물이 분산된 인공 생체재료는 상기 생체재료 전체에 대하여 0.1~2wt% 만큼 포함되며, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈 또는 아연 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 금속 미립자를 포함할 수 있다. 상기 인공 생체재료에 상기 화합물을 코팅하기 전에, 콜로이드성 전이금속 미립자 0.01~1.0wt%와 수용성 폴리에스테르, 수용성 우레탄, 수용성 아크릴 중에서 선택된 적어도 1종의 에멀젼 0.01~2.0wt%를 함유하는 코팅액을 도포할 수 있다. In a preferred embodiment of the present invention, the artificial biomaterial in which the compound is dispersed is contained in an amount of 0.1 to 2 wt% with respect to the whole biomaterial, and is at least one selected from the group consisting of chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, And may include fine particles. A coating liquid containing 0.01 to 1.0 wt% of colloidal transition metal fine particles and 0.01 to 2.0 wt% of at least one emulsion selected from water-soluble polyesters, water-soluble urethane and water-soluble acrylic is applied before coating the compound on the artificial biomaterial can do.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 인공 생체재료는 인공관절에 적용되고, 상기 인공관절 모재의 표면에 도금된 상기 화합물 도금막을 포함할 수 있다. 상기 도금은 무전해도금 또는 전해도금일 수 있다. 상기 도금은 먼저 무전해도금을 실시한 후, 전해도금을 실시하는 것이 바람직하다. 상기 도금막의 두께는 0.01~5.0㎛일 수 있다. In a preferred embodiment of the present invention, the artificial living body material is applied to the artificial joint and may include the compound plating film plated on the surface of the artificial joint base material. The plating may be electroless plating or electrolytic plating. It is preferable that the plating is performed by electroless plating first, followed by electrolytic plating. The thickness of the plated film may be 0.01 to 5.0 mu m.

본 발명의 인공 생체재료인 인공관절에 있어서, 상기 도금막을 형성하기 이전에 전이금속이 포함된 도전성 고분자 에멀젼 용액으로 상기 인공관절의 표면을 처리할 수 있다. 상기 인공관절의 표면에 콜로이드성 전이금속 미립자 0.01~1.0wt%와 수용성 폴리에스테르, 수용성 우레탄, 수용성 아크릴 중에서 선택된 적어도 1종의 에멀젼 0.01~2.0wt%를 함유하는 수분산 도포액을 도포할 수 있다. 이때, 상기 수분산 도포액의 잔류고형물이 0.001~0.1g/m2이 좋다.In the artificial joint which is an artificial biomaterial of the present invention, the surface of the artificial joint may be treated with a conductive polymer emulsion solution containing a transition metal before forming the plating film. 0.01 to 1.0 wt% of colloidal transition metal fine particles and 0.01 to 2.0 wt% of at least one emulsion selected from water-soluble polyester, water-soluble urethane and water-soluble acrylic are applied to the surface of the artificial joint . At this time, the residual solid content of the water-dispersed coating liquid is preferably 0.001 to 0.1 g / m 2 .

본 발명의 구리계 화합물이 포함된 인공 생체재료에 의하면, 황화구리를 포함한 화합물을 코팅함으로써, 가격이 상대적으로 저렴하고 가공이 용이하며, 독성이 없다. 또한, 황화구리를 포함한 화합물은 항균성이 우수하므로, 이를 적용하여 인공 생체재료의 항균성을 개선할 수 있다. 또한, 인공 생체재료 중의 하나인 인공관절의 표면을 황화구리를 포함한 화합물을 도금함으로써, 인공관절의 모양에 부합하고 매끄러운 표면에 코팅되며, 높은 항균성 및 도막강도를 가진다. 인공관절에서의 도금은 도막강도가 상대적으로 높으므로, 반복적으로 회전하고 사용자의 하중을 견뎌야 하는 인공관절에 적합한 코팅방식이다.According to the artificial biomaterial containing the copper-based compound of the present invention, by coating the compound containing copper sulfide, the cost is relatively low, the processing is easy, and there is no toxicity. In addition, since the compound containing copper sulfide is excellent in antimicrobial activity, it can be applied to improve the antimicrobial activity of an artificial biomaterial. Further, the surface of the artificial joint, which is one of the artificial living materials, is plated with a compound containing copper sulfide to conform to the shape of the artificial joint and coated on a smooth surface, and has high antibacterial and film strength. Plating on artificial joints is a coating method suitable for artificial joints that are repeatedly rotated and have to withstand user's load, since the film strength is relatively high.

도 1은 본 발명에 의해 제조된 황화구리의 결정구조를 나타낸 XRD 그래프이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명에 의해 제조된 황화구리가 코팅된 인공 생체재료를 나타내는 평면도 및 단면도의 사진이다.
1 is an XRD graph showing the crystal structure of copper sulfide produced by the present invention.
2A and 2B are photographs of a plan view and a cross-sectional view, respectively, of an artificial biomaterial coated with copper sulfide produced by the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.

본 발명의 실시예는 황화구리를 포함한 화합물을 이용함으로써, 가격이 상대적으로 저렴하고 가공이 용이하며, 독성이 없고 항균성이 우수한 인공 생체재료를 제시한다. 인공 생체재료는 인체에 삽입되어 손상된 부분을 대체하거나 장기의 치료를 보조는 것으로, 현재에는 인공뼈, 인공관절, 인공치아, 스텐트(stent) 등이 있으며, 향후 그 용도가 확대될 것으로 보인다. 이러한 인공 생체재료에 항균성을 부여하는 방법은 인공 생체용 재료 내에 황화구리를 포함한 화합물을 분산시키는 분산법과 상기 재료의 표면에 상기 화합물을 코팅하는 코팅법이 있다. 본 발명의 실시예는 상기 분산법 및 코팅법으로 구분하여, 상세하게 알아보기로 한다. 또한, 인공 생체재료인 인공관절에 구리계 화합물이 도금되는 과정을 구체적으로 살펴보기로 한다. An embodiment of the present invention proposes an artificial biomaterial which is relatively inexpensive, easy to process, has no toxicity, and has excellent antimicrobial activity by using a compound containing copper sulfide. Artificial biomaterials are inserted into the human body to replace damaged parts or assist in the treatment of organs. Currently, there are artificial bones, artificial joints, artificial teeth, and stents. Methods for imparting antimicrobial properties to such artificial biomaterials include a dispersion method in which a compound containing copper sulfide is dispersed in an artificial biological material and a coating method in which the compound is coated on the surface of the material. The embodiment of the present invention will be described in detail by dividing it into the dispersion method and the coating method. The process of plating a copper-based compound on an artificial joint, which is an artificial biomaterial, will be described in detail.

인공 생체용 모재는 금속 재료, 고분자 재료, 세라믹 재료, 복합 재료로 크게 나눌 수 있다. 금속 재료는 스테인레스강, 크롬-코발트계 합금, 티타늄계 합금 등이 있고, 세라믹 재료는 산화칼슘-실리카계 활성화 유리 및 결정화 유리, 뼈의 무기성분인 아파타이트를 포함하는 인산칼슘화합물 등이 있다. 고분자 재료는 열가소성 수지, 특히 생분해성 고분자의 활용도가 커지고 있으며, 복합 재료는 금속, 고분자 및 세라믹 중에 선택된 적어도 하나를 서로 일정한 비율로 혼합한 것이다.An artificial living body base material can be roughly classified into a metal material, a polymer material, a ceramic material, and a composite material. Examples of the metallic material include stainless steel, a chromium-cobalt alloy, and a titanium-based alloy. Examples of the ceramic material include a calcium oxide-silica-based activated glass and a crystallized glass, and a calcium phosphate compound including apatite as an inorganic component of bone. The utilization of the thermoplastic resin, particularly the biodegradable polymer, is increasing in the polymer material, and the composite material is a mixture of at least one selected from metals, polymers and ceramics at a certain ratio.

고분자 수지, 즉 열가소성 수지 및 열경화성 수지가 모두 가능하며, 이중에서 성형에 유리한 열가소성 수지가 보다 바람직하다. 열가소성 수지는 주로 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리락틱산, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리비닐클로라이드, 폴리우레탄, 실리콘 등을 사용할 수 있다. 열경화성 수지는 에폭시 수지 등이 바람직하다. 폴리우레탄은 유연하고 무독하며 내약품성이 좋기 때문에 보다 바람직하다. A polymer resin, that is, a thermoplastic resin and a thermosetting resin are all possible, and a thermoplastic resin advantageous for molding is more preferable. The thermoplastic resin mainly includes polyethylene terephthalate, polylactic acid, polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethylmethacrylate, polyvinyl chloride, polyurethane, silicone, and the like. The thermosetting resin is preferably an epoxy resin or the like. Polyurethane is more preferable because it is flexible, nontoxic and has good chemical resistance.

본 발명의 실시예에 적용되는 구리계 화합물은 수용액상에서 황산구리(CuSO4)와 황화염을 1:1의 몰비로 10~80℃의 온도에서 반응시켜 합성하였다. 이때, 황화나트륨과 황산구리를 사용하여 합성한 황화구리의 항균성이 가장 양호하였다. 합성된 황화구리 입자의 화학구조는 CuxSy의 형태이며 x/y의 비율이 0.8~1.5를 만족하도록 합성조건을 한정하였다. 본 발명에서 사용할 수 있는 황화염의 종류로는 황화나트륨, 황화철, 황화칼륨, 황화아연 등이 있다. The copper-based compound applied to the embodiment of the present invention was synthesized by reacting copper sulfate (CuSO 4 ) and a sulfur flame in an aqueous solution at a molar ratio of 1: 1 at a temperature of 10 to 80 ° C. At this time, the copper sulfide synthesized by using sodium sulfide and copper sulfate was the best. The chemical structure of the synthesized copper sulfide particles is in the form of Cu x S y , and the synthesis conditions are limited so that the ratio x / y is 0.8 to 1.5. Examples of the sulfur flame that can be used in the present invention include sodium sulfide, iron sulfide, potassium sulfide, and zinc sulfide.

반응온도가 10℃이하가 되면, 구리계 나노입자의 합성할 때, 황산구리와 염의 반응성이 떨어지나 항균성은 양호하다. 하지만, 황화구리를 생성하는 수율이 떨어진다. 반응온도가 80℃ 이상이 되면, 반응속도가 지나치게 높아져서, 황화구리 표면의 결정체의 밀도가 높아지고 구리의 농도가 증가하면서 항균성이 저하된다. 또한, 구리계 나노입자의 x/y의 결합비가 0.8 이하가 되면, 지나치게 황(S)의 농도가 높아져서 항균성은 양호하다. 하지만, 황화구리의 화학적 안정성이 떨어진다. 1.5 이상이 되면 구리의 농도가 증가하면서 항균성이 저하된다.When the reaction temperature is lower than 10 캜, the reactivity between the copper sulfate and the salt is poor when the copper nanoparticles are synthesized, but the antibacterial property is good. However, the yield for producing copper sulfide is low. When the reaction temperature is 80 ° C or higher, the reaction rate becomes excessively high, and the density of the crystals on the surface of the copper sulfide increases and the antibacterial property decreases as the copper concentration increases. Further, when the binding ratio of x / y of the copper-based nanoparticles is 0.8 or less, the concentration of sulfur (S) becomes excessively high and the antibacterial property is good. However, the chemical stability of copper sulfide drops. If it is more than 1.5, the copper concentration increases and the antibacterial property is lowered.

황화구리는 400℃ 이상에서 분해되어 황(S)이 황화구리(CuS)로부터 이탈된다. 이탈된 황(S)에 의해, 황화구리(CuS)에 기공이 형성된다. 금속 재료나 세라믹 재료와 같은 생체용 재료는 통상적으로 주조나 소결(sintering) 등에 의해 인공 생체재료를 형성한다. 주조나 소결은 황(S)이 황화구리(CuS)로부터 이탈하는 온도인 400℃ 이상에서 진행하므로, 황화구리의 분산법은 유용하지 않다. 금속 재료나 세라믹 재료로 이루어진 인공 생체재료는 생체용 재료의 표면에 코팅하는 코팅법이 바람직하다. 고분자 재료나 일부 복합 재료에의 황화구리 미립자의 분산은 가공온도가 상대적으로 낮은 혼련법 등에 의해 가능하므로, 상황에 따라 분산법 및 코팅법을 모두 활용할 수 있다. Copper sulphide is decomposed at a temperature of 400 ° C or higher, and sulfur (S) is released from copper sulfide (CuS). Pores are formed in the copper sulfide (CuS) by the separated sulfur (S). A biomaterial such as a metal material or a ceramic material usually forms an artificial biomaterial by casting, sintering, or the like. Since the casting or sintering proceeds at a temperature of 400 ° C or higher at which sulfur (S) is separated from copper sulfide (CuS), the copper sulfide dispersion method is not useful. An artificial biomaterial made of a metal material or a ceramic material is preferably a coating method in which the surface of the biomaterial is coated. Dispersion of copper sulfide microparticles in a polymer material or a part of a composite material can be performed by a kneading method with a relatively low processing temperature, and therefore, both the dispersion method and the coating method can be utilized depending on the situation.

설명의 편의를 위하여, 생체용 재료는 코팅법이 유용한 제1 재료, 분산법이 가능한 제2 재료 및 분산법 및 코팅법 모두 가능한 제3 재료로 구분하기로 한다. 본 발명의 실시예는 분산법 및 코팅법 모두 가능한 제3 재료를 중심으로 설명하기로 한다. 제3 재료의 분산법은 제1 및 제2 재료에 적용할 수 있고, 제3 재료의 코팅법은 제1 및 제2 재료에 적용할 수 있다. 이하에서는 상기 화합물 중에서 황화구리를 중심으로 설명하기로 한다.For convenience of explanation, the biomaterial is classified into a first material which is useful for the coating method, a second material which can be dispersed, and a third material which is both a dispersion method and a coating method. Embodiments of the present invention will be described mainly with respect to a third material which can be both a dispersion method and a coating method. The dispersion method of the third material can be applied to the first and second materials, and the coating method of the third material can be applied to the first and second materials. Hereinafter, among the above compounds, copper sulfide will be mainly described.

<황화구리 미립자를 분산한 인공 생체재료><Artificial Biomaterials in which copper sulfide microparticles are dispersed>

분산법은 혼합(mixing)법, 혼련(compounding)법을 적용할 수 있고, 특히 혼련법이 바람직하다. 생체재료의 형상은 압출, 사출, 절삭 등에 의해 완성할 수 있다. 혼련법은 고분자 수지와 황화구리 미립자 간의 분산성을 높이기 위하여 사용한다. 혼련은 수지의 용융온도보다 30~50℃ 높은 배럴온도에서 실시하였다. 혼련은 일축 스크루보다는 분산성이 우수한 이축 동방향 스크루가 내장된 혼련기에서 진행한다. 혼련기의 L/D 비율 범위는 30~40에서 진행하는 것이 좋다. 혼련된 수지는 칩(chip)의 형태로 벙커에 보관된다. 압출하는 경우, 사용된 고분자 수지의 용융온도보다 30~50℃ 높은 압출온도 조건에서 실시한다. 그후, 성형, 1차 냉각, 열처리, 2차 냉각 단계를 거쳐 요구되는 인공 생체재료의 형태로 제조한다. 상기 황화구리의 함량은 상기 벌크 형태의 생체재료에 대하여 중량%로 0wt%보다 크고 50wt%이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.01~30wt%이다.As the dispersion method, a mixing method and a compounding method can be applied, and a kneading method is particularly preferable. The shape of the biomaterial can be completed by extrusion, injection, cutting, and the like. The kneading method is used to increase the dispersibility between the polymer resin and the copper sulfide microparticles. The kneading was carried out at a barrel temperature 30 to 50 DEG C higher than the melting temperature of the resin. The kneading is carried out in a kneader equipped with a biaxially-oriented screw having excellent dispersibility rather than a uniaxial screw. The L / D ratio range of the kneader is preferably 30 to 40. The kneaded resin is stored in a bunker in the form of a chip. In case of extrusion, the extrusion temperature is 30 to 50 ° C higher than the melt temperature of the polymer resin used. Thereafter, it is produced in the form of artificial biomaterial required through molding, primary cooling, heat treatment, and secondary cooling. The content of the copper sulfide is preferably greater than 0 wt% and less than 50 wt%, more preferably from 0.01 to 30 wt%, based on the weight of the bulk material.

그런데, 본 발명의 실시예에 의한 황화구리 미립자를 고분자 수지에 혼련시켜 인공 생체재료를 제작하면, 상기 황화구리 미립자의 분산성이 떨어진다. 이로 인해, 압출할 때 압력(압출압)이 올라가는 현상이 발생하기도 한다. 상기 압출압이 올라가는 것을 방지하기 위하여, 본 발명의 실시예에서는 주기율표의 4주기에서 선택된 전이금속인 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 아연의 금속 군에서 선택된 적어도 1개의 금속 미립자를 생체재료에 대하여 0.1~2wt%를 추가할 수 있다. 상기 전이금속은 구리계 화합물과 혼합하는 경우, Al과 같은 전형금속에 비해 분산성이 우수할 뿐 아니라 항균성이 우수하다.However, when the artificial biomaterial is produced by kneading the copper sulfide microparticles according to the embodiment of the present invention with the polymer resin, the dispersibility of the copper sulfide microparticles is deteriorated. As a result, a phenomenon in which the pressure (extrusion pressure) increases during extrusion may occur. In order to prevent the extrusion pressure from rising, at least one metal fine particle selected from the group consisting of chromium, manganese, iron, cobalt, nickel and zinc, which is a transition metal selected in four cycles of the periodic table, 0.1 to 2 wt% can be added. When the transition metal is mixed with a copper-based compound, the transition metal is excellent in dispersibility as well as antimicrobial activity compared with a typical metal such as Al.

압출압을 줄이기 위해, 금속 미립자의 평균입경은 구리계 화합물 미립자의 입경보다 작도록 하는 것이 바람직하다. 열가소성 수지와 혼련할 때, 금속 미립자의 혼합 농도가 0.1wt%보다 낮거나 2wt%보다 더 높으면 압출압은 오히려 상승하였다. 앞에서 설명한 바와 같이, 금속 미립자는 압출압을 조절하기 위하여 첨가되는 것이며, 인공 생체재료에서 요구되는 항균성은 구리계 화합물만으로도 얻을 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 범주 내에서 금속 미립자가 없이도 인공 생체재료를 제조할 수도 있다. 이때, 첨가된 금속 미립자는 본 발명의 인공 생체재료에서 요구되는 항균성을 저해하지 않는 것을 선택하였다. In order to reduce the extrusion pressure, it is preferable that the average particle diameter of the metal fine particles is smaller than the particle diameter of the copper-based compound fine particles. When kneaded with the thermoplastic resin, the mixing pressure of the metal fine particles was increased when the mixing concentration was lower than 0.1 wt% or higher than 2 wt%. As described above, the metal microparticles are added to control the extrusion pressure, and the antimicrobial properties required in artificial biomaterials can be obtained by using only copper-based compounds. Accordingly, an artificial biomaterial can be produced without metal fine particles within the scope of the present invention. At this time, the added metal fine particles were selected so as not to impair the antimicrobial activity required in the artificial biomaterial of the present invention.

<황화구리 미립자를 코팅한 인공 생체재료><Artificial biomaterials coated with copper sulfide microparticles>

본 발명의 실시예에 의한 황화구리를 인공 생체용 재료에의 표면 코팅은 습식도포, 도금, 증착 등의 다양한 방법으로 수행할 수 있다. 습식도포는 접착강도가 도금이나 증착에 비해 떨어지나 방법이 간편하고 저렴하다는 장점이 있다. IPA, 톨루엔, 벤젠, 바인더 등이 혼합된 용매에 황화구리 분체를 넣고 충분히 분산시켜 코팅액을 만든 후, 딥 코팅(dip coating), 스프레이 코팅(spray coating) 등의 방법으로 인공 생체용 재료 표면에 코팅이 가능하다. 황화구리의 농도는 분산성과 증점현상을 고려하며 농도를 결정한다. 분산제를 사용하는 경우, 고농도의 코팅용액 제조가 가능하다. 상기 황화구리의 함량은 상기 코팅액에 대하여 중량%로 0wt%보다 크고 50wt%이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.01~30wt%이다.The surface coating of copper sulfide on an artificial biomaterial according to an embodiment of the present invention can be performed by various methods such as wet coating, plating, and deposition. Wet application is advantageous in that the bonding strength is lower than that of plating or vapor deposition, but the method is simple and inexpensive. The coating solution is prepared by adding copper sulfide powder to a mixed solvent of IPA, toluene, benzene, and a binder and then sufficiently dispersing the coating solution. The coating solution is coated on the surface of the artificial biological material by dip coating, spray coating, This is possible. Concentration of copper sulfide is determined by considering the dispersibility and thickening phenomenon. When a dispersant is used, it is possible to prepare a coating solution at a high concentration. The content of the copper sulfide is preferably greater than 0 wt% and less than 50 wt%, more preferably from 0.01 to 30 wt%, based on the coating solution.

코팅 두께는 300~600Å 정도가 적당하며 코팅을 반복하거나 코팅용액의 점도를 조절하여 상기 두께를 제어할 수 있다. 코팅된 생체용 재료는 건조를 거치며 1단계 저온 건조단계와 2단계 소결단계를 구분하는 것이 좋다. 1단계는 코팅액의 수분과 용매를 서서히 제거하는 단계이며, 90~100℃에서 1~2 시간 충분히 건조하는 것이 좋다. 2단계는 황화구리 간의 결합력을 높이는 단계이다. 황화구리가 400℃ 이상에서 분해되는 경향이 있으므로 200~300℃에서 1~2시간 소결하는 것이 좋다. 지나치게 높은 온도와 긴 시간에서 건조를 하면, 코팅막이 쪼개져서 미관이 불량해지며 황 성분의 이탈이 일어나 항균성이 현저하게 불량해진다. 특히 스프레이 코팅의 경우, 이산화탄소와 같은 초임계유체를 이용하여 코팅용액을 제조하여 사용하면 더욱 좋다. 초임계는 유기용매의 유해성 해결과 건조시간을 단축할 수 있다.The thickness of the coating is suitably about 300 to 600 Å, and the thickness can be controlled by repeating the coating or adjusting the viscosity of the coating solution. The coated biomaterial is dried and it is advisable to distinguish between the first stage low temperature drying step and the second stage sintering step. Step 1 is a step of gradually removing the moisture and the solvent of the coating liquid, and is preferably sufficiently dried at 90 to 100 ° C for 1 to 2 hours. Step 2 is the step of increasing the bonding strength between copper sulfide. Since copper sulfide tends to be decomposed at 400 ° C or higher, sintering at 200 to 300 ° C for 1 to 2 hours is preferable. When the coating is dried at an excessively high temperature and for a long time, the coating film is split and the appearance of the coating film is deteriorated, and the sulfur component is released, resulting in a remarkably poor antibacterial property. Especially in the case of spray coating, it is better to use a supercritical fluid such as carbon dioxide to prepare a coating solution. Supercritical conditions can shorten drying times and resolve harmful effects of organic solvents.

증착은 먼저 황화구리를 합성하여 진공증착용 타켓을 제조한다. 생체용 재료 표면에는 콜로이드성 전이금속 미립자 0.01~1.0wt%와 수용성 폴리에스테르, 수용성 우레탄, 수용성 아크릴 중에서 선택된 적어도 1종의 에멀젼 0.01~2.0wt%를 함유하는 수분산 도포액을 도포한다. 수분산 도포액은 증착강도를 높일 수 있다. 수분산 도포액의 잔류고형물이 0.001~0.1g/m2이 되도록 조절한다. 증착은 10-5~10-3torr의 진공조건에서 금속의 증기압 10-2~10-1이 유지되도록 가열하여 생체용 재료 표면에 300~600Å의 두께로 황화구리가 증착한다. 증착층의 증착강도는 적어도 60g/25mm 이상 유지하는 것이 좋다. For deposition, copper sulfide is first synthesized to produce a target for vacuum deposition. A water-dispersion coating liquid containing 0.01 to 1.0 wt% of colloidal transition metal fine particles and 0.01 to 2.0 wt% of at least one emulsion selected from water-soluble polyester, water-soluble urethane and water-soluble acrylic is applied to the surface of the biomaterial. The water dispersion coating liquid can increase the vapor deposition strength. The residual solids in the water-dispersed coating liquid are adjusted to be 0.001 to 0.1 g / m 2 . Deposition is carried out under a vacuum of 10 -5 to 10 -3 torr so that the vapor pressure of the metal is maintained at 10 -2 to 10 -1 , and copper sulfide is deposited on the surface of the bio-material at a thickness of 300 to 600 Å. The deposition strength of the deposition layer is preferably at least 60 g / 25 mm or more.

도금은 증착이나 습식도포에 비해 어렵고 가격이 높다는 단점은 있으나, 내구성이 우수하여 장기적으로 반복하여 사용하는 인공 생체재료에 적합하다. 도금강도를 높이기 위하여, 도금 전에 전이금속이 포함된 도전성 고분자 에멀젼 용액으로 생체재료의 표면을 처리하는 것이 좋다. 생체재료의 표면에 콜로이드성 전이금속 미립자 0.01~1.0wt%와 수용성 폴리에스테르, 수용성 우레탄, 수용성 아크릴 중에서 선택된 적어도 1종의 에멀젼 0.01~2.0 wt%를 함유하는 수분산 도포액을 도포한다. 수분산 도포액의 잔류고형물이 0.001~0.1g/m2가 되도록 조절한다. 도금은 황화구리를 도금욕에 넣고 이온화시킨 다음 전해도금 또는 무전해도금하는 방법도 가능하다. 예를 들어, 도금은 구리염과 화합물을 도금용액에 넣고 환원제를 사용하여 황화구리가 석출되어 생체용 재료의 표면에 부착할 수 있다. 생체용 재료에 도금되는 황화구리의 도금두께는 0.01~5.0㎛이 적합하다. The plating is disadvantageous in that it is difficult and expensive compared to vapor deposition or wet application, but it is suitable for artificial biomaterial which is used repeatedly over a long period because of its excellent durability. In order to increase the plating strength, the surface of the biomaterial is preferably treated with a conductive polymer emulsion solution containing a transition metal before plating. A water-dispersed coating liquid containing 0.01 to 1.0 wt% of colloidal transition metal fine particles and 0.01 to 2.0 wt% of at least one emulsion selected from water-soluble polyester, water-soluble urethane and water-soluble acrylic is applied to the surface of the biomaterial. The residual solids in the water-dispersed coating liquid are adjusted to be 0.001 to 0.1 g / m 2 . Plating can be performed by electrolytic plating or electroless plating after ionizing the copper sulfide in a plating bath. For example, the plating can be carried out by placing a copper salt and a compound in a plating solution, depositing copper sulfide by using a reducing agent and adhering to the surface of the biomaterial. The plating thickness of the copper sulfide plated on the biomaterial is preferably 0.01 to 5.0 mu m.

본 발명의 실시예에서는 딥 코팅을 사용하였다. 구체적으로, IPA(이소프로필 알코올)와 같은 용매에 황화구리를 사전에 설정된 양만큼 넣고 상온에서 수 시간 동안 교반하여 분산성이 우수한 코팅용액을 제조한다. 그후, 상기 코팅용액을 이용하여 인공 생체용 재료를 딥(dip) 코팅을 하였다. 코팅된 생체용 재료를 수십℃에서 수 시간 동안 1차 건조한 다음, 400℃ 이하에서 수십 분 동안 2차 열처리(annealing)를 하였다. 항균성이 우수한 생체재료로 사용하기 위하여, 황화구리 농도가 인공 생체용 재료의 표면에 충분히 코팅될 수 있도록 동일한 방법으로 코팅을 반복하였다. In the examples of the present invention, dip coating was used. Specifically, a predetermined amount of copper sulfide is added to a solvent such as IPA (isopropyl alcohol) and stirred at room temperature for several hours to prepare a coating solution having excellent dispersibility. Thereafter, the artificial biomaterial was dip-coated using the coating solution. The coated biomaterial was first dried at several degrees Celsius for several hours and then subjected to secondary heat treatment at 400 degrees Celsius for several tens of minutes. For use as a biomaterial with excellent antimicrobial properties, the coating was repeated in the same manner so that the copper sulfide concentration could be sufficiently coated on the surface of the artificial biomaterial.

이하 본 발명은 아래와 같은 실시예에 의거하여 보다 상세하게 설명하겠다. 단 아래의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 이에 한정하지 않는다. 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 인공 생체재료의 성능평가는 아래와 같은 방법으로 실시하였다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following examples. However, the following examples are intended to illustrate but not limit the invention. The performance of the artificial biomaterials prepared in Examples and Comparative Examples of the present invention was evaluated by the following methods.

(1) 항균성(1) Antimicrobial activity

이스케리키아 콜라이(Escherichia Coli: ATCC 25922)를 균주로 사용하여 시험균액을 시편에 접촉시킨 다음, 25℃에서 24시간 정치, 배양시킨 후 균수를 세어서 시편의 향균성을 평가하였다.  Escherichia coli (ATCC 25922) was used as a strain to bring the test strain into contact with the specimen. The specimen was then incubated at 25 ° C for 24 hours, and the bacterial count was counted to evaluate the antibacterial activity of the specimen.

(2) 압출압(2) Extrusion pressure

고분자 수지 내에 첨가된 황화구리와 금속 미립자의 분산성은 필터에 걸리는 압출압의 변화값으로 평가하였다. 파이롯트 압출기를 이용하여 시간당 30 kg의 수지를 압출할 때 일정시간 당 350 메쉬 필터에 걸리는 필터압의 변화{[kg/(mm2×h)]=△P/h}를 측정하였으며 필터압의 변화가 낮을수록 황화구리와 금속 미립자의 분산성이 우수한 것으로 평가하였다. The dispersibility of the copper sulfide and metal fine particles added in the polymer resin was evaluated by the change value of the extrusion pressure applied to the filter. (Kg / (mm 2 × h)] = ΔP / h} of the filter pressure applied to the 350 mesh filter per a fixed time when the resin was extruded at a rate of 30 kg per hour using a pilot extruder. The better the dispersibility of the copper sulfide and the metal fine particles was.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

CuSO4와 Na2S를 증류수에 각각 1 몰씩 넣고 30분 동안 교반시킨 다음, 50℃의 등온 반응기에 넣고 30분 동안 반응시켜 황화구리 미립자를 합성하였다. 이때, 합성된 황화구리의 황 함량은 45몰%이었다. 합성된 황화구리의 결정구조는 도 1에서와 같이 황화구리의 고유 구조를 가지고 있었다. 도 1에 의하면, 황은 결정구조가 없어서 피크가 나타나지 않았으나, 구리는 55도, 65도, 99도, 125도 및 137도에서 피크가 나타났다. 미립자의 관찰은 X-ray powder diffraction(XRD, XD-3A, Shimadzu, 일본)을 이용하였다. 앞에서와 같이 제조된 황화구리를 Ti 합금(Ti-6Al-4V)로 이루어진 생체용 모재의 표면에 코팅을 하는 방법은 먼저 IPA(이소프로필 알코올)에 황화구리 0.1wt%를 혼합하여, 상온에서 1 시간 동안 교반하여 분산성이 우수한 코팅용액을 제조하였다. CuSO 4 and Na 2 S were added to distilled water, and the mixture was stirred for 30 minutes. Then, the mixture was reacted in an isothermal reactor at 50 ° C. for 30 minutes to synthesize copper sulfide microparticles. At this time, the sulfur content of the synthesized copper sulfide was 45 mol%. The crystal structure of the synthesized copper sulfide had a unique structure of copper sulfide as shown in Fig. According to Fig. 1, no peak was observed due to the absence of a crystal structure of sulfur, but peaks at 55 degrees, 65 degrees, 99 degrees, 125 degrees and 137 degrees of copper. X-ray powder diffraction (XRD, XD-3A, Shimadzu, Japan) was used for observation of the fine particles. A method of coating the surface of a living body base material made of a copper alloy with Ti as described above with a Ti alloy (Ti-6Al-4V) is as follows. First, 0.1wt% of copper sulfide is mixed with IPA (isopropyl alcohol) Lt; 0 &gt; C for a period of time to prepare a coating solution having excellent dispersibility.

이 코팅용액을 이용하여 직경 1cm, 길이 10cm의 Ti 합금 생체용 모재에 딥(dip) 코팅하였다. 코팅된 Ti 합금을 50℃에서 1시간동안 1차 건조한 다음, 350℃에서 30분 동안 2차 열처리(annealing)를 하였다. 항균성이 우수한 생체재료로 사용하기 위하여, 황화구리 농도가 Ti 합금 생체재료의 표면에 충분히 코팅될 수 있도록, 동일한 방법으로 코팅을 반복하여 2㎛로 형성하였다. 이렇게 하여 제조된 생체재료의 항균성을 앞에서 제시한 대로 측정하였다.Using this coating solution, a Ti alloy base material having a diameter of 1 cm and a length of 10 cm was dip-coated. The coated Ti alloy was first dried at 50 캜 for one hour and then subjected to secondary annealing at 350 캜 for 30 minutes. For use as a biomaterial excellent in antibacterial property, the coating was repeatedly formed to have a thickness of 2 탆 by the same method so that the copper sulfide concentration could be sufficiently coated on the surface of the Ti alloy biomaterial. The antimicrobial activity of the biomaterial thus prepared was measured as described above.

〈실시예 2〉&Lt; Example 2 &gt;

실시예 1에서와 같이 합성된 황화구리 10wt%를 포함한 코팅용액을 직경 1cm, 길이 10cm인 수산화 아파타이트로 이루어진 인공 생체용 모재에 딥 코팅하였다. 이렇게 하여 제조된 생체재료의 항균성을 앞에서 제시한 대로 측정하였다.The coating solution containing 10wt% of copper sulfide synthesized as in Example 1 was dip-coated on an artificial living body base material composed of apatite hydroxide 1cm in diameter and 10cm in length. The antimicrobial activity of the biomaterial thus prepared was measured as described above.

〈실시예 3〉&Lt; Example 3 &gt;

실시예 1에서와 같이 합성된 황화구리 30wt%를 포함한 코팅용액을 직경 1cm, 길이 10cm인 저밀도폴리에틸렌(LDPE, 비중 0.92)로 이루어진 인공 생체용 모재에 딥 코팅하였다. 이렇게 하여 제조된 생체재료의 항균성을 앞에서 제시한 대로 측정하였다. 도 2a 및 도 2b는 LDPE로 이루어진 인공 생체용 모재에 코팅된 상태를 평면적 및 단면적으로 표현한 사진들이다.The coating solution containing 30wt% of copper sulfide synthesized as in Example 1 was dip-coated on an artificial living body base material made of low density polyethylene (LDPE, specific gravity 0.92) having a diameter of 1 cm and a length of 10 cm. The antimicrobial activity of the biomaterial thus prepared was measured as described above. 2A and 2B are photographs showing planar and cross-sectional views of a coated state of an artificial living body base material made of LDPE.

〈실시예 4〉<Example 4>

실시예 1에서와 같이 합성된 황화구리 0.1wt%를 저밀도폴리에틸렌(LDPE, 비중 0.92)에 넣고, 압출압을 개선하기 위하여 아연(Zn) 미립자 1.5wt%를 혼합하여, 혼련공정을 이용하여 혼련 칩을 만들었다. 제조된 칩은 사출기를 이용하여 130℃의 온도에서 압출압 0.07kg/(mm2×h)로 사출하여 직경이 1cm, 길이 10cm인 인공 생체재료를 제조하였다. 이때, 2번의 냉각공정과 열처리 공정을 통하여 상기 생체재료의 기계적 특성을 개선하였다. 이렇게 하여 제조된 생체재료의 항균성을 앞에서 제시한 대로 측정하였다.0.1 wt% of copper sulfide synthesized as in Example 1 was placed in a low density polyethylene (LDPE, specific gravity 0.92) and 1.5 wt% of zinc (Zn) fine particles were mixed to improve the extrusion pressure. . The manufactured chip was injected at an extrusion pressure of 0.07 kg / (mm 2 × h) at a temperature of 130 ° C. using an injection machine to produce an artificial biomaterial having a diameter of 1 cm and a length of 10 cm. At this time, the mechanical properties of the biomaterial were improved through two cooling steps and a heat treatment step. The antimicrobial activity of the biomaterial thus prepared was measured as described above.

〈실시예 5〉&Lt; Example 5 &gt;

실시예 1에서와 같이 합성된 황화구리 10wt%와 니켈(Ni) 미립자 1wt%를 저밀도폴리에틸렌에 넣고, 직경이 1cm, 길이 10cm인 인공 생체재료를 제조하였다. 이때, 압출압 0.1kg/(mm2×h)이었다. 이렇게 하여 제조된 생체재료의 항균성을 앞에서 제시한 대로 측정하였다.10wt% of copper sulfide synthesized as in Example 1 and 1wt% of nickel (Ni) fine particles were put into low density polyethylene to prepare an artificial biomaterial having a diameter of 1 cm and a length of 10 cm. At this time, the extrusion pressure was 0.1 kg / (mm 2 × h). The antimicrobial activity of the biomaterial thus prepared was measured as described above.

<실시예 6> &Lt; Example 6 >

실시예 4와 동일한 방법으로 황화구리 5wt%와 망간(Mn) 0.2wt%를 저밀도폴리에틸렌에 넣고 직경 1cm, 길이 10cm인 인공 생체재료를 제조하였다. 이때, 압출압은 0.05kg/(mm2×h)이었다. 이렇게 하여 제조된 생체재료의 항균성을 앞에서 제시한 대로 측정하였다.5% by weight of copper sulfide and 0.2% by weight of manganese (Mn) were added to low density polyethylene in the same manner as in Example 4 to prepare an artificial biomaterial having a diameter of 1 cm and a length of 10 cm. At this time, the extrusion pressure was 0.05 kg / (mm 2 × h). The antimicrobial activity of the biomaterial thus prepared was measured as described above.

〈실시예 7> &Lt; Example 7 &gt;

실시예 4와 동일한 방법으로 함량 20wt%의 황화구리와 농도 0.6wt%인 철(Fe)을 고밀도폴리에틸렌(HDPE)에 넣고 직경 1cm, 길이 10cm인 인공 생체재료를 제조하였다. 이때, 압출압은 0.2kg/(mm2×h)이었다. 이렇게 하여 제조된 생체재료의 항균성을 앞에서 제시한 대로 측정하였다.Copper sulphide having a content of 20 wt% and iron (Fe) having a concentration of 0.6 wt% were put into high density polyethylene (HDPE) in the same manner as in Example 4 to prepare an artificial biomaterial having a diameter of 1 cm and a length of 10 cm. At this time, the extrusion pressure was 0.2 kg / (mm 2 × h). The antimicrobial activity of the biomaterial thus prepared was measured as described above.

〈실시예 8> &Lt; Example 8 &gt;

실시예 4와 동일한 방법으로 함량 30wt%의 황화구리와 농도 0.7wt%인 코발트(Co)를 폴리프로필렌(PP)에 넣고 직경 1cm, 길이 10cm인 인공 생체재료를 제조하였다. 이때, 압출압은 0.3kg/(mm2×h)이었다. 이렇게 하여 제조된 생체재료의 항균성을 앞에서 제시한 대로 측정하였다.Copper sulphide having a content of 30 wt% and cobalt (Co) having a concentration of 0.7 wt% were put into polypropylene (PP) in the same manner as in Example 4 to prepare an artificial biomaterial having a diameter of 1 cm and a length of 10 cm. At this time, the extrusion pressure was 0.3 kg / (mm 2 × h). The antimicrobial activity of the biomaterial thus prepared was measured as described above.

〈실시예 9> &Lt; Example 9 &gt;

실시예 4와 동일한 방법으로 함량 40wt%의 황화구리와 농도 2wt%인 크롬(Cr)을 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET)에 넣고 직경 1cm, 길이 10cm인 인공 생체재료를 제조하였다. 이때, 압출압은 0.5kg/(mm2×h)이었다. 이렇게 하여 제조된 생체재료의 항균성을 앞에서 제시한 대로 측정하였다.Copper sulphide having a content of 40 wt% and chromium (Cr) having a concentration of 2 wt% were put into polyethylene terephthalate (PET) in the same manner as in Example 4 to prepare an artificial biomaterial having a diameter of 1 cm and a length of 10 cm. At this time, the extrusion pressure was 0.5 kg / (mm 2 × h). The antimicrobial activity of the biomaterial thus prepared was measured as described above.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

Ti 합금(Ti-6Al-4V)로 직경 1cm, 길이 10cm인 인공 생체재료를 제조하여, 항균성을 앞에서 제시한 대로 측정하였다. An artificial biomaterial having a diameter of 1 cm and a length of 10 cm was made of a Ti alloy (Ti-6Al-4V), and the antimicrobial activity was measured as described above.

<비교예 2>&Lt; Comparative Example 2 &

수산화 아파타이트로 직경 1cm, 길이 10cm인 인공 생체재료를 제조하여, 항균성을 앞에서 제시한 대로 측정하였다. An artificial biomaterial having a diameter of 1 cm and a length of 10 cm was prepared from hydroxyapatite and the antimicrobial activity was measured as described above.

<비교예 3>&Lt; Comparative Example 3 &

저밀도폴리에틸렌(LDPE)로 직경 1cm, 길이 10cm인 인공 생체재료를 제조하여, 항균성을 앞에서 제시한 대로 측정하였다. An artificial biomaterial with a diameter of 1 cm and a length of 10 cm was prepared with low density polyethylene (LDPE) and the antimicrobial activity was measured as previously described.

〈비교예 4> &Lt; Comparative Example 4 &

실시예 4와 동일한 방법으로 함량 20wt%의 황화구리와 농도 0.01wt%인 철(Fe)을 고밀도폴리에틸렌(HDPE)에 넣고 직경 1cm, 길이 10cm인 인공 생체재료를 제조하였다. 이때, 압출압은 5kg/(mm2×h)이었다. 이렇게 하여 제조된 생체재료의 항균성을 앞에서 제시한 대로 측정하였다.Copper sulphide having a content of 20 wt% and iron (Fe) having a concentration of 0.01 wt% were put into high density polyethylene (HDPE) in the same manner as in Example 4 to prepare an artificial biomaterial having a diameter of 1 cm and a length of 10 cm. At this time, the extrusion pressure was 5 kg / (mm 2 × h). The antimicrobial activity of the biomaterial thus prepared was measured as described above.

〈비교예 5> &Lt; Comparative Example 5 &

실시예 4와 동일한 방법으로 함량 30wt%의 황화구리와 농도 40wt%인 코발트(Co)를 폴리프로필렌(PP)에 넣고 직경 1cm, 길이 10cm인 인공 생체재료를 제조하였다. 이때, 압출압은 15kg/(mm2×h)이었다. 이렇게 하여 제조된 생체재료의 항균성을 앞에서 제시한 대로 측정하였다.Copper sulphide having a content of 30 wt% and cobalt (Co) having a concentration of 40 wt% were put into polypropylene (PP) in the same manner as in Example 4 to prepare an artificial biomaterial having a diameter of 1 cm and a length of 10 cm. At this time, the extrusion pressure was 15 kg / (mm 2 × h). The antimicrobial activity of the biomaterial thus prepared was measured as described above.

〈비교예 6> &Lt; Comparative Example 6 &gt;

실시예 4와 동일한 방법으로 함량 40wt%의 황화구리와 농도 2wt%인 알루미늄(Al)을 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET)에 넣고 직경 1cm, 길이 10cm인 인공 생체재료를 제조하였다. 이때, 압출압은 12kg/(mm2×h)이었다. 이렇게 하여 제조된 생체재료의 항균성을 앞에서 제시한 대로 측정하였다.Copper sulphide having a content of 40 wt% and aluminum (Al) having a concentration of 2 wt% were put into polyethylene terephthalate (PET) in the same manner as in Example 4 to prepare an artificial biomaterial having a diameter of 1 cm and a length of 10 cm. At this time, the extrusion pressure was 12 kg / (mm 2 × h). The antimicrobial activity of the biomaterial thus prepared was measured as described above.

표 1은 본 발명의 실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 6의 인공 생체재료의 항균성(개/mL)을 비교한 것이다. 이때, 측불이란 mL 당 이스케리키아 콜라이(Escherichia Coli: ATCC 25922) 균수가 1010개 이상이어서 측정이 불가능한 것을 의미한다.Table 1 compares the antibacterial properties (dogs / mL) of the artificial biomaterials of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 6 of the present invention. At this time, it means that the number of bacteria of Escherichia coli (ATCC 25922) per mL is 10 10 or more, which means that measurement is impossible.


구분

division

생체
재료

Living body
material
도전체 입자Conductor particle 용기용 시트Container sheet
황화구리
미립자
Copper sulfide
Particulate
금속
미립자
metal
Particulate
압출압
(△P/h)
Extrusion pressure
(? P / h)
항균성
(개/mL)
Antimicrobial activity
(Dogs / mL)
입경
(nm)
Particle size
(nm)
함량
(wt%)
content
(wt%)
금속
종류
metal
Kinds
입경
(nm)
Particle size
(nm)
함량
(wt%)
content
(wt%)








room
city
Yes

1One Ti 합금Ti alloy 5555 0.10.1 // // // // 3.2×104 3.2 x 10 4
22 아파타이트Apatite 5555 1010 // // // // 3.4×104 3.4 × 10 4 33 LDPELDPE 5555 3030 // // // // 3.2×104 3.2 x 10 4 44 LDPELDPE 5050 0.10.1 ZnZn 1010 1.51.5 0.070.07 4.0×107 4.0 × 10 7 55 LDPELDPE 5555 1010 NiNi 1515 1One 0.10.1 3.2×106 3.2 × 10 6 66 LDPELDPE 2020 55 MnMn 1010 0.20.2 0.050.05 6.5×106 6.5 × 10 6 77 HDPEHDPE 4545 2020 FeFe 2525 0.60.6 0.20.2 2.2×105 2.2 x 10 5 88 PPPP 8585 3030 CoCo 3030 0.70.7 0.30.3 1.2×105 1.2 × 10 5 99 PETPET 100100 4040 CrCr 3030 22 0.50.5 1.3×105 1.3 x 10 5





ratio
School
Yes

1One Ti 합금Ti alloy // // // // // // 측불Side charge
22 아파타이트Apatite // // // // // // 측불Side charge 33 LDPELDPE // // // // // // 측불Side charge 44 LDPELDPE 4545 2020 FeFe 2525 0.010.01 55 7.2×105 7.2 x 10 5 55 PPPP 8585 3030 CoCo 8585 4040 1515 5.2×1010 5.2 × 10 10 66 PETPET 100100 4040 AlAl 3030 22 1212 6.2×1010 6.2 × 10 10

표 1에 의하면, 먼저 코팅에 의해 제조된 인공 생체재료에 대하여 살펴보면, 코팅용액은 황화구리 0.1~30wt%를 포함하고, 직경 55nm이었다. 실시예 1 내지 실시예 3에서의 항균성은 대략 3.2×104의 균수(개/mL)를 보였다. 이에 반해, 황화구리가 코팅되지 않은 비교예 1 내지 비교예 3은 측정이 불가능할 정도로 항균성이 매우 악화되었다. 황화구리를 코팅하면, 혼련에 의해 분산된 실시예 4 내지 실시예 9보다도 항균성이 커지는 것을 알 수 있었다. 하지만, 코팅은 분산에 비해, 시간에 지남에 따라 코팅막의 안정성이 떨어질 수 있다. 일부 인공 생체재료의 실제 활용에 있어서, 코팅막의 안정성을 고려할 필요가 있다. According to Table 1, the coating solution was 0.1 to 30 wt% of copper sulfide and had a diameter of 55 nm. The antimicrobial activity in Examples 1 to 3 was about 3.2 x 10 4 (number / ml). In contrast, in Comparative Examples 1 to 3 in which copper sulfide was not coated, antimicrobial activity was significantly deteriorated to such an extent that measurement was impossible. It was found that antibacterial activity was higher than that of Examples 4 to 9 dispersed by kneading when copper sulfide was coated. However, the coating may be less stable over time than the dispersion. In practical application of some artificial biomaterials, it is necessary to consider the stability of the coating film.

이어서, 혼련에 의해 제조된 인공 생체재료에 대하여 살펴보면, 본 발명의 실시예 4 내지 실시예 9의 생체재료는 황화구리의 함량은 0.1~40wt%이었다. 또한 첨가된 금속 미립자는 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈 및 아연 중에서 선택된 적어도 하나이며, 농도는 전체 생체재료에 대하여 0.1~2wt%이었다. 이때, 항균성은 1.2×105에서 6.5×106의 균수(개/mL)를 보였다. 또한, 압출압은 0.05~0.5kg/(mm2×h) 범위 내의 값을 나타내었다. 이에 반해, 황화구리가 분산되지 않은 비교예 1 내지 비교예 3은 항균성이 측정이 불가할 정도로 매우 악화되었다.Next, regarding the artificial biomaterials produced by kneading, the bio-materials of Examples 4 to 9 of the present invention contained 0.1 to 40 wt% of copper sulfide. The added fine metal particles are at least one selected from chromium, manganese, iron, cobalt, nickel and zinc, and the concentration is 0.1 to 2 wt% with respect to the whole biomaterial. At this time, the antibacterial activity was 1.2 × 10 5 to 6.5 × 10 6 (number / ml). Also, the extruded pressure showed a value within the range of 0.05 to 0.5 kg / (mm 2 × h). On the other hand, Comparative Examples 1 to 3, in which copper sulfide was not dispersed, were greatly deteriorated to such an extent that antibacterial activity could not be measured.

비교예 4는 금속 미립자인 철(Fe)의 농도, 비교예 5는 금속 미립자인 코발트(Co)의 농도가 본 발명의 실시예인 10~30nm, 0.1~2wt%를 만족하지 않는 경우이다. 이때, 항균성 각각 7.2×105(개/mL), 5.2×1010(개/mL)이었다. 구체적으로, 금속 미립자의 농도가 본 발명의 실시예를 벗어난 비교예 4는 항균성은 크게 나빠지지 않으나, 압출압이 5kg/(mm2×h)로 압출하기에는 부적당하였다. 또한, 농도가 벗어난 비교예 5는 압출압이 15kg/(mm2×h)로 압출이 불가능하였고, 항균성마저 크게 나빠지는 경향을 보였다.Comparative Example 4 is a case where the concentration of iron (Fe) as the metal fine particle, and Comparative Example 5 is a case where the concentration of cobalt (Co) as the metal fine particle does not satisfy 10 to 30 nm and 0.1 to 2 wt% as an embodiment of the present invention. At this time, the antimicrobial activity was 7.2 × 10 5 (cells / mL) and 5.2 × 10 10 (cells / mL), respectively. Specifically, in Comparative Example 4 in which the concentration of the metal fine particles deviates from the examples of the present invention, the antimicrobial activity did not deteriorate significantly, but was unsuitable for extrusion pressure of 5 kg / (mm 2 × h). In Comparative Example 5 in which the concentration was out of the range, the extrusion pressure was not able to be extruded to 15 kg / (mm 2 × h), and the antibacterial property tended to be greatly deteriorated.

비교예 6은 본 발명이 제시하는 금속 미립자인 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈 및 아연이 아닌 알루미늄(Al)을 첨가한 경우이다. 이때, 항균성은 각각 6.2×1010(개/mL)이었고, 압출압은 12kg/(mm2×h)이었다. 알루미늄은 주기율표의 3주기에서 전형금속이다. 이는 본 발명의 주기율표의 4주기에서 전이금속과는 다르다. 알루미늄을 첨가하면, 항균성이 나빠지고, 압출압도 높아서 생산 효율성이 떨어진다. 이에 따라, 본 발명의 금속 미립자는 주기율표의 4주기에서 전이금속인 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈 및 아연이 바람직하다. Comparative Example 6 is a case where aluminum (Al) other than chromium, manganese, iron, cobalt, nickel and zinc, which are metal fine particles proposed by the present invention, is added. At this time, the antimicrobial activity was 6.2 × 10 10 (dog / mL) and the extrusion pressure was 12 kg / (mm 2 × h). Aluminum is a typical metal in three cycles of the periodic table. This is different from transition metals in the four cycles of the periodic table of the present invention. When aluminum is added, antimicrobial activity deteriorates, and the extrusion pressure is high, resulting in poor production efficiency. Accordingly, the metal fine particles of the present invention are preferably chromium, manganese, iron, cobalt, nickel and zinc, which are transition metals in four cycles of the periodic table.

<황화구리가 도금된 인공관절><Copper-plated artificial joints>

인공관절은 관절구와 거기에 적합한 관절두를 짝지은 금속 또는 세라믹 등으로 만든 것으로서, 인체의 관절의 기능을 대신할 수 있도록 한다. 인공관절은 사용자가 움직임에 따라 회전하거나 사용자의 하중을 견딜 수 있다. 인공관절에 사용되는 소재는 다양하나, 사용자의 하중을 견디고 마모에 강한 Ti 합금강과 같은 고경도의 금속이나 세라믹 재료가 많이 사용된다. 이러한 인공관절은 다양한 굴곡을 포함하여 정교한 형태로 제조된다. 인공관절은 움직임에 의한 마찰력을 최소로 하기 위하여 표면을 매끄럽고 정밀하게 가공되어 있다. Artificial joints are made of metal or ceramics, such as a pair of articulation and matching articulation, to replace the function of the joints of the human body. The artificial joint can rotate according to the user's movement or bear the load of the user. The materials used for the artificial joints are various, but hard metal or ceramic material such as Ti alloy steel which is resistant to wear and abrasion is often used. These artificial joints are manufactured in a sophisticated form including various bends. Artificial joints are smooth and precisely machined to minimize traction caused by movement.

도금은 증착이나 습식도포에 비해 어렵고 가격이 높다는 단점은 있으나, 내구성이 우수하여 장기적으로 반복하여 사용하는 인공관절에 적합하다. 도막강도를 높이기 위하여, 도금 전에 전이금속이 포함된 도전성 고분자 에멀젼 용액으로 인공관절의 표면을 처리하는 것이 좋다. 인공관절의 표면에 콜로이드성 전이금속 미립자 0.01~1.0wt%와 수용성 폴리에스테르, 수용성 우레탄, 수용성 아크릴 중에서 선택된 적어도 1종의 에멀젼 0.01~2.0wt%를 함유하는 수분산 도포액을 도포한다. 수분산 도포액의 잔류고형물이 0.001~0.1g/m2가 되도록 조절한다. 도금은 황화구리를 도금욕에 넣고 이온화시킨 다음 피도금체에 도금하는 방법도 가능하나 구리염과 화합물을 도금욕에 넣고 환원제를 사용하여 황화구리가 석출되면서 생체용 재료의 표면에 도금시키는 방법이 더욱 합리적이다. 생체용 재료에 도금되는 황화구리의 도금두께는 0.01~5.0㎛이 적합하다. Plating has a disadvantage that it is difficult and expensive compared with deposition or wet application, but it is suitable for artificial joints which are used repeatedly over a long period because of its excellent durability. In order to increase the film strength, it is preferable to treat the surface of the artificial joint with a conductive polymer emulsion solution containing a transition metal before plating. 0.01 to 1.0 wt% of colloidal transition metal fine particles and 0.01 to 2.0 wt% of at least one emulsion selected from water-soluble polyester, water-soluble urethane and water-soluble acrylic are applied to the surface of the artificial joint. The residual solids in the water-dispersed coating liquid are adjusted to be 0.001 to 0.1 g / m 2 . Plating is a method in which copper sulfide is placed in a plating bath and then plated on the plated body. However, there is a method in which a copper salt and a compound are put into a plating bath and plating is carried out on the surface of the biomaterial using a reducing agent It is more reasonable. The plating thickness of the copper sulfide plated on the biomaterial is preferably 0.01 to 5.0 mu m.

이하 본 발명은 아래와 같은 실시예에 의거하여 보다 상세하게 설명하겠다. 단 아래의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 이에 한정하지 않는다. 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 인공관절의 성능평가는 아래와 같은 방법으로 실시하였다. 이하에서는 상기 화합물 중에서 황화구리를 중심으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following examples. However, the following examples are intended to illustrate but not limit the invention. The performance evaluation of the artificial joint manufactured in the examples and the comparative examples of the present invention was carried out as follows. Hereinafter, among the above compounds, copper sulfide will be mainly described.

(1) 코팅막의 표면상태(1) Surface state of coating film

코팅막 표면의 돌기 발생 유무 및 미도금 상태를 평가하기 위하여 코팅막의 표면상태를 현미경으로 관찰하였으며 10cmㅧ10cm의 면적당 관찰된 돌기 및 미도금 수를 관찰하여 평가하였다. The surface state of the coating film was observed with a microscope to evaluate the presence or absence of protrusion on the surface of the coating film and the state of uncoated state, and the number of protrusions and unplated water observed per 10 cm ㅧ 10 cm was observed and evaluated.

○: 1개 이하○: 1 or less

△: 2∼4개 ?: 2 to 4

×: 5개 이상×: 5 or more

(2) 코팅막의 피막두께(2) Coating film thickness

코팅된 피막의 두께는 SEM(sanning electron microscopy, JSM-6390A, JEOL 사, 미국)을 이용하여 측정하였다.The thickness of the coated film was measured using SEM (sanning electron microscopy, JSM-6390A, JEOL, USA).

(3) 코팅막의 도막강도(3) Coating film strength

코팅막의 도막강도는 도막밀착력으로 관리하며 밀착강도는 인장력 시험기 (Pull Down Breaking Point Tester, Phpto Teohnioa 사, 미국)를 사용하여 90 kg/sec의 하중으로 당길 때 측정되는 도막의 밀착강도를 측정하였다. The coating strength of the coating film was controlled by the adhesion of the coating film, and the adhesion strength of the coating film measured when pulling with a load of 90 kg / sec was measured using a pull-down break point tester (Phto Teohnioa, USA).

○: 700kg/cm2 이상○: 700 kg / cm 2 or more

△: 100∼700kg/cm2 ?: 100 to 700 kg / cm 2

×: 100kg/cm2 이하X: 100 kg / cm 2 or less

(4) 항균성(4) Antimicrobial activity

이스케리키아 콜라이(Escherichia Coli: ATCC 25922)를 균주로 사용하여 시험균액을 시편에 접촉시킨 다음, 25℃에서 24시간 정치, 배양시킨 후 균수를 세어서 시편의 항균성을 평가하였다. 항균성은 균수가 107보다 적으면 우수한 것으로, ◎로 나타내었다. 이스케리키아 콜라이(Escherichia Coli: ATCC 25922) 균수가 mL 당 1010개 이상이어서 측정이 불가능하면 측불이라고 표시하였다.Escherichia coli (ATCC 25922) was used as a strain to bring the test bacteria into contact with the specimens. The specimens were incubated at 25 ° C for 24 hours, and the bacterial counts of the specimens were evaluated. The antimicrobial activity was excellent when the number of bacteria was less than 10 &lt; 7 &gt; Escherichia coli (ATCC 25922) was labeled 10 if the number of bacteria was more than 10 10 per mL and measurement was impossible.

<실시예 10>&Lt; Example 10 >

Ti 합금(Ti-6Al-4V)의 표면에 콜로이드성 전이금속 미립자 0.5wt%와 수용성 폴리에스테르의 에멀젼 1.0wt%를 함유하는 수분산 도포액을 도포하였다. 수분산 도포액의 잔류고형물이 0.05g/m2가 되도록 조절하였다. 그후, CuSO4와 Na2S를 1:1 몰비로 도금욕에 넣고, 환원제(70% 포르말린과 30% 계면활성제로 구성)를 사용하여 황화구리를 직경 1cm, 길이 10cm인 Ti 합금(Ti-6Al-4V) 표면에 석출시켰다. 도금된 황화구리의 두께는 2㎛이었다. A water-dispersion coating liquid containing 0.5 wt% of colloidal transition metal fine particles and 1.0 wt% of emulsion of water-soluble polyester was applied to the surface of a Ti alloy (Ti-6Al-4V). The residual solids in the water-dispersed coating liquid were adjusted to 0.05 g / m 2 . Then CuSO 4 and Na 2 S were added to the plating bath at a molar ratio of 1: 1 and copper sulfide was formed by using a reducing agent (composed of 70% formalin and 30% surfactant) as a Ti alloy having a diameter of 1 cm and a length of 10 cm (Ti-6Al -4V). The thickness of the plated copper sulfide was 2 mu m.

석출된 황화구리의 결정구조는 도 1에서와 같이 황화구리의 고유 구조를 가지고 있었다. 도 1에 의하면, 황은 결정구조가 없어서 피크가 나타나지 않았으나, 구리는 55도, 65도, 99도, 125도 및 137도에서 피크가 나타났다. 미립자의 관찰은 X-ray powder diffraction(XRD, XD-3A, Shimadzu, 일본)을 이용하였다. 이렇게 하여 제조된 인공관절의 항균성, 표면상태 및 도막강도를 앞에서 제시한 대로 측정하였다.The crystal structure of the precipitated copper sulfide had a unique structure of copper sulfide as shown in Fig. According to Fig. 1, no peak was observed due to the absence of a crystal structure of sulfur, but peaks at 55 degrees, 65 degrees, 99 degrees, 125 degrees and 137 degrees of copper. X-ray powder diffraction (XRD, XD-3A, Shimadzu, Japan) was used for observation of the fine particles. The antimicrobial activity, surface condition and film strength of the artificial joints thus prepared were measured as described above.

<실시예 11>&Lt; Example 11 >

실시예 10에서와 같이 황화구리를 직경 1cm, 길이 10cm인 Cr-Co-Mo 합금(SCM440H)의 표면에 석출시켜 코팅막을 형성하였다. 이렇게 하여 제조된 인공관절의 항균성, 표면상태 및 도막강도를 앞에서 제시한 대로 측정하였다.Copper sulfide was deposited on the surface of Cr-Co-Mo alloy (SCM440H) having a diameter of 1 cm and a length of 10 cm as in Example 10 to form a coating film. The antimicrobial activity, surface condition and film strength of the artificial joints thus prepared were measured as described above.

<실시예 12>&Lt; Example 12 >

실시예 10에서와 같이 황화구리를 직경 1cm, 길이 10cm인 지르코니아-알루미나 복합 세라믹의 표면에 석출시켜 코팅막을 형성하였다. 이렇게 하여 제조된 인공관절의 항균성, 표면상태 및 도막강도를 앞에서 제시한 대로 측정하였다.Copper sulphide was deposited on the surface of zirconia-alumina composite ceramics having a diameter of 1 cm and a length of 10 cm as in Example 10 to form a coating film. The antimicrobial activity, surface condition and film strength of the artificial joints thus prepared were measured as described above.

<비교예 7>&Lt; Comparative Example 7 &

IPA(이소프로필 알코올)에 황화구리 0.1wt%를 혼합하여, 상온에서 1시간 동안 교반하여 코팅용액을 제조하였다. 이 코팅용액을 이용하여 직경 1cm, 길이 10cm의 Ti 합금(Ti-6Al-4V)에 딥(dip) 코팅하였다. 코팅된 Ti 합금(Ti-6Al-4V)은 50℃에서 1시간동안 1차 건조한 다음, 400℃에서 30분 동안 2차 열처리(annealing)를 하였다. 항균성이 우수한 인공관절을 위하여, 황화구리 농도가 Ti 합금(Ti-6Al-4V)의 표면에 충분히 코팅될 수 있도록, 동일한 방법으로 코팅을 반복하여 2㎛로 형성하였다. 이렇게 하여 제조된 인공관절의 항균성, 표면상태 및 도막강도를 앞에서 제시한 대로 측정하였다.0.1wt% of copper sulfide was mixed with IPA (isopropyl alcohol) and stirred at room temperature for 1 hour to prepare a coating solution. Using this coating solution, a Ti alloy (Ti-6Al-4V) having a diameter of 1 cm and a length of 10 cm was dip-coated. The coated Ti alloy (Ti-6Al-4V) was first dried at 50 ° C for 1 hour and then subjected to secondary annealing at 400 ° C for 30 minutes. For artificial joints with excellent antibacterial properties, the coating was repeatedly formed to have a thickness of 2 탆 by the same method so that the copper sulfide concentration could be sufficiently coated on the surface of the Ti alloy (Ti-6Al-4V). The antimicrobial activity, surface condition and film strength of the artificial joints thus prepared were measured as described above.

<비교예 8>&Lt; Comparative Example 8 >

황화구리를 합성하여 진공증착용 타켓을 제조하였다. 직경 1cm, 길이 10cm인 Ti 합금(Ti-6Al-4V) 표면에 콜로이드성 전이금속 미립자 0.5wt%와 수용성 폴리에스테르의 에멀젼 1.0 wt%를 함유하는 수분산 도포액을 도포하였다. 수분산 도포액의 잔류고형물이 0.05g/m2가 되도록 조절하였다. 증착은 10-5~10-3torr의 진공조건에서 금속의 증기압 10-2~10-1이 유지되도록 가열하여, Ti 합금(Ti-6Al-4V) 표면에 400Å의 두께로 황화구리를 증착하였다. 이렇게 하여 제조된 인공관절의 항균성, 표면상태 및 도막강도를 앞에서 제시한 대로 측정하였다.Copper sulphide was synthesized to prepare a target for vampirism. A water-dispersion coating liquid containing 0.5 wt% of colloidal transition metal fine particles and 1.0 wt% of emulsion of water-soluble polyester was applied to the surface of a Ti alloy (Ti-6Al-4V) having a diameter of 1 cm and a length of 10 cm. The residual solids in the water-dispersed coating liquid were adjusted to 0.05 g / m 2 . The deposition was carried out under a vacuum of 10 -5 to 10 -3 torr so that the vapor pressure of the metal was maintained at 10 -2 to 10 -1 to deposit copper sulfide with a thickness of 400 Å on the surface of the Ti alloy (Ti-6Al-4V) . The antimicrobial activity, surface condition and film strength of the artificial joints thus prepared were measured as described above.

<비교예 9>&Lt; Comparative Example 9 &

황화구리 코팅막이 형성되지 않은 직경 1cm, 길이 10cm인 Ti 합금(Ti-6Al-4V)의 항균성 및 도막강도를 앞에서 제시한 대로 측정하였다.The antimicrobial activity and the film strength of a Ti alloy (Ti-6Al-4V) having a diameter of 1 cm and a length of 10 cm without a copper sulfide coating film were measured as described above.

표 2는 본 발명의 실시예 10 내지 12 및 비교예 6 내지 8의 인공관절의 항균성(개/mL), 표면상태(개/100㎠) 및 도막강도(kg/㎠)를 비교한 것이다. Table 2 compares the antibacterial properties (dogs / mL), the surface state (pieces / 100 cm 2) and the film strength (kg / cm 2) of the artificial joints of Examples 10 to 12 and Comparative Examples 6 to 8 of the present invention.


구분

division

인공관절

Artificial joint

황화구리
존재여부

Copper sulfide
Presence

코팅
방법

coating
Way
물성Properties
항균성Antimicrobial activity 표면상태Surface condition 도막강도Film strength

room
city
Yes
1010 Ti 합금Ti alloy 도금Plated
1111 Co 합금Co alloy 도금Plated 1212 지르코니아계
세라믹
Zirconia series
ceramic
도금Plated


ratio
School
Yes
77 Ti 합금Ti alloy 습식도포Wet application ×× ××
88 Ti 합금Ti alloy 증착deposition 99 Ti 합금Ti alloy ×× // 측불Side charge // //

표 2에 의하면, 도금법, 습식도포법 및 증착법에 의해 황화구리 코팅막을 형성한 실시예 10 내지 12 및 비교예 7 또는 9는 항균성은 우수하였다. 황화구리 코팅막은 코팅방식에 관계없이 높은 항균성을 나타내고 있음을 알 수 있었다. 이에 반해, 황화구리 코팅막이 없는 비교예 9는 측정이 불가능할 정도로 항균성이 매우 악화되었다. 그런데, 도금방식이 아닌 습식도포로 코팅하면, 도막강도가 100kg/cm2 이하의 값을 나타내었고, 증착방식의 도막강도는 700kg/cm2보다 작고 100kg/cm2보다 컸다. 도막강도가 700kg/cm2보다 작으면, 본 발명의 실시예에 의한 인공관절에 적용하기 어렵다. 또한, 도금법에 의한 도금막의 표면상태는 습식도포법 또는 증착에 비해 우수하였다. 따라서 인공관절에 적합한 코팅방식은 도금방식이라는 것을 알 수 있었다. According to Table 2, Examples 10 to 12 and Comparative Examples 7 and 9 in which a copper sulfide coating film was formed by a plating method, a wet coating method and a vapor deposition method were excellent in antimicrobial activity. The copper sulfide coating showed high antimicrobial activity irrespective of the coating method. On the contrary, in Comparative Example 9 in which the copper sulfide coating film was not provided, the antibacterial property was extremely deteriorated to such an extent that measurement was impossible. However, when the coating is applied to the wet non-plating process, the film strength and showed a value of 100kg / cm 2 or less, the coating film strength of the deposition was larger than the small and 100kg / cm 2 than 700kg / cm 2. When the film strength is less than 700 kg / cm 2 , it is difficult to apply the present invention to the artificial joint according to the embodiment of the present invention. In addition, the surface state of the plated film by the plating method was superior to the wet coating method or the vapor deposition method. Therefore, it was found that the coating method suitable for artificial joints is a plating method.

이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is possible.

Claims (17)

인체에 삽입되는 인공 생체용 모재; 및
상기 모재의 표면에 구리계 화합물을 포함한 코팅막을 형성하고,
상기 구리계 화합물은 수용액에서 황산구리(CuSO4)와 황화염을 1:1의 몰비로 반응시켜 생성된 CuxSy(x/y=0.8~1.5)이고,
상기 CuxSy(x/y=0.8~1.5)는 XRD 그래프에서 구리의 결정구조에 해당하는 피크가 나타나는 결정 형태인 구리계 화합물이 포함된 인공 생체재료.
An artificial living body base material inserted into a human body; And
A coating film containing a copper compound is formed on the surface of the base material,
The copper-based compound is CuxSy (x / y = 0.8-1.5) produced by reacting copper sulfate (CuSO 4 ) and a sulfur flame at a molar ratio of 1: 1 in an aqueous solution,
Wherein the Cu x S y (x / y = 0.8 to 1.5) contains a copper compound as a crystal form having a peak corresponding to the crystal structure of copper in an XRD graph.
제1항에 있어서, 상기 화합물은 황화구리인 것을 특징으로 하는 구리계 화합물이 포함된 인공 생체재료.The artificial biomaterial according to claim 1, wherein the compound is copper sulfide. 제1항에 있어서, 상기 코팅막은 습식도포, 증착 또는 도금 중의 어느 하나의 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 구리계 화합물이 포함된 인공 생체재료.The artificial biomaterial according to claim 1, wherein the coating layer is formed by any one of wet coating, vapor deposition, and plating. 제3항에 있어서, 상기 코팅막은 습식도포에 의해 형성되고, 상기 코팅막을 형성하기 위한 코팅액은 상기 구리계 화합물을 0wt%보다 크고 50wt%이하를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리계 화합물이 포함된 인공 생체재료.4. The method of claim 3, wherein the coating film is formed by wet coating, and the coating liquid for forming the coating film contains greater than 0 wt% and less than 50 wt% of the copper-based compound. Biomaterials. 제3항에 있어서, 상기 코팅막은 습식도포에 의해 형성되고, 상기 코팅막을 형성하기 위한 코팅액은 상기 화합물을 0.01~30wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리계 화합물이 포함된 인공 생체재료.The artificial living body material according to claim 3, wherein the coating film is formed by wet coating, and the coating liquid for forming the coating film contains 0.01 to 30 wt% of the compound. 제1항에 있어서, 상기 인공 생체용 모재는 금속 재료, 세라믹 재료, 고분자 재료 및 이들 중의 적어도 하나가 혼합된 복합 재료 중에 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 구리계 화합물이 포함된 인공 생체재료.The artificial biomaterial according to claim 1, wherein the artificial living body base material is any one selected from a metal material, a ceramic material, a polymer material, and a composite material in which at least one of them is mixed. 제6항에 있어서, 상기 인공 생체재료는 상기 금속 재료, 상기 세라믹 재료 및 상기 복합 재료의 일부 중에 선택된 어느 하나의 상기 모재의 표면에 화합물이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 구리계 화합물이 포함된 인공 생체재료.7. The artificial biomaterial according to claim 6, wherein the artificial biomaterial is formed by coating a compound on the surface of any one of the metal material, the ceramic material and a part of the composite material, Biomaterials. 제6항에 있어서, 상기 인공 생체재료는 상기 고분자 재료 및 상기 복합 재료의 일부 중에 선택된 어느 하나의 상기 모재의 표면에 상기 화합물이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 구리계 화합물이 포함된 인공 생체재료.The artificial biomaterial according to claim 6, wherein the artificial biomaterial is coated with the compound on the surface of any one of the polymer material and a part of the composite material. 제1항에 있어서, 상기 화합물이 코팅된 인공 생체재료는 상기 생체재료 전체에 대하여 0.1~2wt% 만큼 포함되며, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈 또는 아연 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 금속 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리계 화합물이 포함된 인공 생체재료.[2] The method of claim 1, wherein the artificial biomaterial coated with the compound comprises 0.1 to 2 wt% of the metal microparticles and at least one metal microparticle selected from the group consisting of chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, Wherein the copper-based compound is added to the copper-based compound. 제1항에 있어서, 상기 인공 생체재료는 인공관절에 적용되고, 상기 인공관절 모재의 표면에 도금된 상기 화합물 도금막을 포함하는 것을 특징으로 하는 구리계 화합물이 포함된 인공 생체재료.The artificial biomaterial according to claim 1, wherein the artificial biomaterial is applied to an artificial joint and comprises the compound plating film plated on the surface of the artificial joint base material. 제10항에 있어서, 상기 도금은 무전해도금 또는 전해도금인 것을 특징으로 하는 구리계 화합물이 포함된 인공 생체재료.The artificial biomaterial according to claim 10, wherein the plating is electroless plating or electrolytic plating. 제10항에 있어서, 상기 도금은 먼저 무전해도금을 실시한 후, 전해도금을 실시하는 것을 특징으로 하는 구리계 화합물이 포함된 인공 생체재료.11. The artificial biomaterial according to claim 10, wherein the plating is performed by electroless plating first, followed by electrolytic plating. 제10항에 있어서, 상기 도금막의 두께는 0.01~5.0㎛인 것을 특징으로 하는 구리계 화합물이 포함된 인공 생체재료.11. The artificial biomaterial according to claim 10, wherein the thickness of the plating film is 0.01 to 5.0 mu m. 제10항에 있어서, 상기 도금막을 형성하기 이전에 전이금속이 포함된 도전성 고분자 에멀젼 용액으로 상기 인공관절의 표면을 처리하는 것을 특징으로 하는 구리계 화합물이 포함된 인공 생체재료.The artificial biomaterial according to claim 10, wherein the surface of the artificial joint is treated with a conductive polymer emulsion solution containing a transition metal before forming the plating film. 제14항에 있어서, 상기 인공관절의 표면에 콜로이드성 전이금속 미립자 0.01~1.0wt%와 수용성 폴리에스테르, 수용성 우레탄, 수용성 아크릴 중에서 선택된 적어도 1종의 에멀젼 0.01~2.0wt%를 함유하는 수분산 도포액을 도포하는 것을 특징으로 하는 구리계 화합물이 포함된 인공 생체재료.15. The method according to claim 14, wherein 0.01 to 1.0 wt% of colloidal transition metal fine particles and 0.01 to 2.0 wt% of at least one emulsion selected from water-soluble polyester, water-soluble urethane and water- Wherein the copper-based compound is applied to the surface of the living body. 제15항에 있어서, 상기 수분산 도포액의 잔류고형물이 0.001~0.1g/m2인 것을 특징으로 하는 구리계 화합물이 포함된 인공 생체재료.The artificial biomaterial according to claim 15, wherein the residual solids of the water-dispersed coating liquid is 0.001 to 0.1 g / m 2 . 제1항에 있어서, 상기 인공 생체용 모재는 폴리우레탄 수지 또는 실리콘 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구리계 화합물이 포함된 인공 생체재료.The artificial biomaterial according to claim 1, wherein the artificial living body base material comprises a polyurethane resin or a silicone resin.
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