KR101909747B1

KR101909747B1 - 달걀껍질을 이용한 인체친화성 인공뼈용 인산칼슘의 제조방법

Info

Publication number: KR101909747B1
Application number: KR1020170081997A
Authority: KR
Inventors: 이계일
Original assignee: (주)한남세라믹
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2017-06-28
Publication date: 2018-10-19

Abstract

본 발명은 달걀껍질을 이용한 인체친화성 인공뼈용 인산칼슘의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 달걀껍질을 세척한 후에 열처리하는 제1열처리단계, 상기 제1열처리단계를 통해 열처리된 달걀껍질에 이소프로필알코올 및 인산수용액을 혼합하는 인산칼슘합성단계, 상기 인산칼슘합성단계를 통해 합성된 인산칼슘을 볼밀로 밀링하는 제1볼밀단계, 상기 제1볼밀단계를 통해 분말화된 인산칼슘을 열처리하는 제2열처리단계 및 상기 제2열처리단계를 통해 열처리된 인산칼슘을 볼밀로 밀링하는 제2볼밀단계로 이루어진다.
상기의 과정을 거치면 하이드록시아파타이트나 베타-트리칼슘포스페이트 등이 생성되어 인체친화성을 나타내며, 결정화도가 높아 압축강도나 인장강도 등의 기계적 물성이 우수한 인공뼈용 인산칼슘이 제조된다.

Description

달걀껍질을 이용한 인체친화성 인공뼈용 인산칼슘의 제조방법 {HUMAN FRIENDLY CALCIUM PHOSPHATE FOR ARTIFICIAL BONE USING EGGSHELL}

본 발명은 달결껍질을 이용한 인체친화성 인공뼈용 인산칼슘의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하이드록시아파타이트나 베타-트리칼슘포스페이트 등이 생성되어 인체친화성을 나타내며, 결정화도가 높아 압축강도나 인장강도 등의 기계적 물성이 우수한 인공뼈용 인산칼슘을 제공하는 달걀껍질을 이용한 인체친화성 인공뼈용 인산칼슘의 제조방법에 관한 것이다.

인간의 뼈는 무기질 성분이 60% 이상을 차지하고 있으며, 인간의 수명이 증가하거나, 또는 예기치 않은 사고를 겪음에 따라서, 태어날 때부터 갖춘 인체 구성요소의 일부가 최적의 상태로 그 기능을 수행하기 어려울 경우에는 상실된 생체뼈에 대신하여 생체 친화성이 우수한 인공뼈를 사용하는 기술이 많이 사용되고 있는데, 상기와 같은 인공뼈는 인체에 삽입되었을 때, 거부 반응이 없어야 하며 가급적 사용자가 재이식 없이 사용할 수 있도록 높은 수명을 가져야 한다.

인공뼈의 주재료로는 인간의 뼈와 생체적합성과 생체활성이 우수한 인산칼슘계 물질들을 이용하여 여러 방법으로 지지체를 제조한 후 이를 인공뼈로 사용하고 있는데, 종래에 인공뼈의 구조는 기공이 없는 치밀체 구조로만 되어 있거나, 혹은 삼차원적으로 기공이 연결되어 혈류가 흘러다닐 수 있는 다공체 구조로만 형성되어 있다. 이들 각각의 인공뼈 구조들은 장단점을 갖고 있으며, 치밀체의 경우에는 강도가 높아서 힘을 받는 부위에 사용되지만, 혈류가 흐를 수 없다는 단점이 있기 때문에 신생골(新生骨) 형성이 매우 느리다.

반면, 다공체의 경우에는 삼차원적인 기공을 가지고 있어서 신생골 형성이 빠르지만 강도가 약하므로 힘을 받는 부위에는 사용할 수 없다는 단점을 가진다.

따라서 각각의 구조들은 사용 부위와 특성을 신중하게 고려하여 사용하지 않으면 안되며, 만약 각각의 취약한 부분을 고려치 아니하고 사용할 경우, 인체에 치명적인 해를 가할 수 있다.

한편, 인산칼슘 외에도 인공뼈의 재료로는 티타늄계 재료가 사용되는데, 티타늄계 재로는 상술한 조건을 모두 충족시키는 재료로서 각광받고 있다. 즉, 티타늄계 재료는 생체친화성이 우수할 뿐만 아니라, 고강도 재료로서 인공뼈로 널리 사용되고 있으나 생체 재료로서 사용하기 위해서는 충분한 강도가 요구될 뿐만 아니라, 특히 관절 부위 등과 같이 뼈와 뼈의 마찰이 심한 부위에서는 높은 내마모성을 가질 것이 요구되기 때문에 상기 티타늄 재료의 표면에 대해 별도의 처리를 행하는 기술적인 제약이 따르는 문제점이 있었다.

한국특허등록 제10-1031121호(2011.04.18) 한국특허등록 제10-1095909호(2011.12.13)

본 발명의 목적은 하이드록시아파타이트나 베타-트리칼슘포스페이트 등이 생성되어 인체친화성을 나타내며, 결정화도가 높아 압축강도나 인장강도 등의 기계적 물성이 우수한 인공뼈용 인산칼슘을 제공하는 달걀껍질을 이용한 인체친화성 인공뼈용 인산칼슘의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 달걀껍질을 세척한 후에 열처리하는 제1열처리단계, 상기 제1열처리단계를 통해 열처리된 달걀껍질에 이소프로필알코올 및 인산수용액을 혼합하는 인산칼슘합성단계, 상기 인산칼슘합성단계를 통해 합성된 인산칼슘을 볼밀로 밀링하는 제1볼밀단계, 상기 제1볼밀단계를 통해 분말화된 인산칼슘을 열처리하는 제2열처리단계 및 상기 제2열처리단계를 통해 열처리된 인산칼슘을 볼밀로 밀링하는 제2볼밀단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 달걀껍질을 이용한 인체친화성 인공뼈용 인산칼슘의 제조방법을 제공함에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 제1열처리단계는 950 내지 1050℃의 온도에서 8 내지 12시간 동안 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 제1열처리단계는 1.6℃/min의 속도로 승온시켜 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 인산칼슘합성단계는 상기 제1열처리단계를 통해 열처리된 달걀껍질 100 중량부에 이소프로필알코올 350 내지 450 중량부 및 인산수용액 120 내지 130 중량부를 혼합하여 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 인산수용액은 질량농도가 85%인 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 제2열처리단계 950 내지 1050℃의 온도에서 90 내지 150분 동안 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 제2열처리단계는 3℃/min의 속도로 승온시켜 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 제1볼밀단계는 상기 인산칼슘합성단계를 통해 합성된 인산칼슘 100 중량부에 해교제 0.01 중량부를 투입하고, 지르코니아 볼을 이용하여 20 내지 30시간 동안 이루어지는 것으로 한다.

또한, 본 발명의 목적은 상기 달걀껍질을 이용한 인체친화성 인공뼈용 인산칼슘의 제조방법을 통해 제조되며, 하이드록시아파타이트나 베타-트리칼슘포스페이트가 1:0.66의 중량부로 존재하는 것을 특징으로 하는 인공뼈용 인산칼슘을 제공함에 의해서도 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 달걀껍질을 이용한 인체친화성 인공뼈용 인산칼슘의 제조방법은 하이드록시아파타이트나 베타-트리칼슘포스페이트 등이 생성되어 인체친화성을 나타내며, 결정화도가 높아 압축강도나 인장강도 등의 기계적 물성이 우수한 인공뼈용 인산칼슘을 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 달걀껍질을 이용한 인체친화성 인공뼈용 인산칼슘의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 인산량에 따른 상분률 형성 과정과정을 XRD로 분석하여 나타낸 그래프이다.
도 3은 Pilot 규모의 HA 결정상 제어 상태를 XRD로 분석하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 Pilot 규모의 β-TCP 결정상 제어 상태를 XRD로 분석하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 Pilot 규모의 HA, β-TCP 결정상 분률 제어 상태를 XRD로 분석하여 나타낸 그래프이다.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

본 발명에 따른 달걀껍질을 이용한 인체친화성 인공뼈용 인산칼슘의 제조방법은 달걀껍질을 세척한 후에 열처리하는 제1열처리단계(S101), 상기 제1열처리단계(S101)를 통해 열처리된 달걀껍질에 이소프로필알코올 및 인산수용액을 혼합하는 인산칼슘합성단계(S103), 상기 인산칼슘합성단계(S103)를 통해 합성된 인산칼슘을 볼밀로 밀링하는 제1볼밀단계(S105), 상기 제1볼밀단계(S105)를 통해 분말화된 인산칼슘을 열처리하는 제2열처리단계(S107) 및 상기 제2열처리단계(S107)를 통해 열처리된 인산칼슘을 볼밀로 밀링하는 제2볼밀단계(S109)로 이루어진다.

상기 제1열처리단계(S101)는 달걀껍질을 세척한 후에 열처리하는 단계로, 달걀껍질을 세척하여 이물질을 제거한 후에 950 내지 1050℃의 온도에서 8 내지 12시간 동안 가열하여 이루어지는데, 달걀껍질을 950 내지 1050℃의 온도로 가열하기 시작하는 것이 아니라, 1.6℃/min의 속도로 950 내지 1050℃로 승온시킨 후에 8 내지 12시간 동안 가열과정을 진행하는 것이 바람직한데, 상기와 같은 승온조건으로 열처리를 진행하게 되면 성질이 일정한 생체 친화성 산화칼슘을 얻을 수 있다.

또한, 상기와 같은 온도로 승온시키는 과정 중, 열처리 온도가 550 내지 750℃로 도달하는 구간에서는 달걀껍질의 중량이 가장 많이 감소하는데, 상기의 온도구간에서는 탄산칼슘이 주성분인 달걀껍질에 큐티클(culticle) 층이 이산화탄소와 산화칼슘으로 분해되어 이산화탄소는 증발되고 산화칼슘만이 잔존하게 된다.

또한, 950 내지 1050℃에서 8 내지 12시간 동안 열처리를 진행하게 되면, 달걀껍질은 2 내지 4 마이크로미터의 평균입도를 갖게되며, 칼슘, 인, 산화마그네슘 등이 잔존하는데, 인과 산화마그네슘을 제외한 기타 유기물은 탈지된 것을 알 수 있고, 산화칼슘을 얻을 수 있다.

상기 인산칼슘합성단계(S103)는 상기 제1열처리단계(S101)를 통해 열처리된 달걀껍질에 이소프로필알코올 및 인산수용액을 혼합하여 인산칼슘을 합성하는 단계로, 상기 제1열처리단계(S101)를 통해 열처리된 달걀껍질 100 중량부에 이소프로필알코올 350 내지 450 중량부 및 인산수용액 120 내지 130 중량부를 혼합하여 이루어진다.

상기 제1열처리단계(S101)를 통해 열처리된 달걀껍질은 주성분이 산화칼슘인데, 산화칼슘에 인산이 바로 반응하는 경우에는 발열반응이 진행되기 때문에, 이소프로필알코올을 투입하여 갑작스런 발열반응을 완화시켜주고, 칼슘과 인이 원활하게 반응할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 이소프로필알코올의 함량이 350 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 이소프로필 알코올의 함량이 450 중량부를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 하이드록시 아파타이트의 결정상이 지나치게 줄어들고 제조비용을 증가시키게 된다.

또한, 원료성분의 혼합 및 합성시에 금속성분이 접촉되는 경우 인산과 금속이 반응하여 부산물이 발생할 수 있기 때문에, 금속성분과 인산의 접촉은 최대한 피하는 것이 바람직하다.

또한, 인산수용액은 질량농도가 85%인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 달걀껍질 100 중량부 대비 120 내지 130 중량부가 함유되는데, 인산수용액이 120 중량부 함유되는 경우에는 하이드록시 아파타이트와 베타-트리칼슘포스페이트의 결정상이 동시에 나타나게 되며, 하이드록시 아파타이트의 결정상이 가장 많이 발생된다.

또한, 인산수용액의 함량이 130 중량부인 경우에는 하이드록시 아파타이트의 결정상이 급격히 감소하고, 베타-트리칼슘포스페이트 급격하게 증가하며, 인산수용액의 함량이 130 중량부를 초과하는 경우에는 베타-트리칼슘포스페이트의 결정상이 증가하고 소량의 알타-트리칼슘포스페이트 결정상이 발생하여 바람직하지 못하다.

산화칼슘과 인산을 혼합하면 인산칼슘계 물질과 다양한 상이 나타나는데, 이를 제어하기 위해 열처리된 달걀껍질과 인산과의 혼합기술 확립이 선행되어야 하며 이러한 혼합기술은 하이드록시아파타이트(HA), β-트리칼슘포스페이트(β-TCP), HA와 β-TCP 상분율 제어를 통한 결정상 합성기술에 직접적인 영향을 미친다.

상기와 같이 달걀껍질 100 중량부 대비 인산수용액이 120 내지 130 중량부 함유되면 하이드록시아파타이트와 베타-트리칼슘포스페이트가 1:0.25 내지 1의 중량부로 생성될 수 있는데, 하이드록시아파타이트와 베타-트리칼슘포스페이트의 생성비율은 1:0.66이 가장 바람직하며, 상기와 같이 하이드록시아파타이트와 베타-트리칼슘포스페이트의 생성비율을 나타내는 인공뼈용 인산칼슘을 제조하기 위해서는 달걀껍질 100 중량부 대비 이소프로필 알코올 400 중량부 및 인산수용액이 125 중량부 함유되는 것이 바람직하다.

또한, 균질한 합성을 하기 위한 방법으로 열처리되어 완전히 하소된 달걀껍질(CaO) 1000g에 이소프로필알콜(IPA) 4L와 85%의 질량 농도를 갖는 인산을 합성하는 과정에서 각 물질들의 몰비(Ca/P ratio)에 따라 양을 달리하여 지르코니아 볼과 함께 포트밀(용량 5L)에 넣고 24시간 볼밀링을 실시하였다.

산화칼슘과 인산을 직접 반응시킬 경우 발열반응이 발생하므로 이소프로필알콜(IPA)을 넣어 갑작스런 발열반응을 완화시켜주는 완충역할과, 원소 Ca와 P의 원활한 반응을 하기 위해 사용되며 혼합 및 합성 시에 금속 접촉하는 경우 인산과 금속이 반응하여 다른 반응물질이 발생할 수 있으므로 금속접촉에 주의해야 한다.

1. 인산량에 따른 상분률 형성 과정 관찰 및 실험

산화칼슘과 인산은 반응하게 되면 HA, α-TCP 및 β-TCP 등등 여러 가지 다양한 상이 나타나게 되는데, 인산 첨가량을 변화시켰을 때, 어떠한 합성물질이 나타나는지 관찰하기 위해 인산을 독립변수로 설정한 후에 인산의 첨가량을 증가시켜 아래의 표 1과 같은 합성실험을 실시하였으며 XRD 분석을 통해 결정상이 어떻게 형성되는지 관찰하여 아래 도2에 나타내었다.

<표 1>

아래 도 2에 나타낸 XRD 분석결과 다양한 상이 출현하였는데 인산 1200g에서는 HA와 β-TCP의 결정상이 동시에 출현하였으며 HA 결정상이 가장 많은 부분을 관찰되는 것을 확인할 수 있었다.

인산량 1300g에서는 HA 결정상이 급격히 감소하고 β-TCP 결정상이 급격하게 증가하는 것을 볼 수 있으며, 인산량 1400g에서는 β-TCP 결정상이 주피크가 형성하며 소량의 α-TCP의 결정상이 출현하는 것을 알 수 있다.

이로써 인산 첨가량으로 다양한 결정상이 변화는 과정을 알 수 있었으며, HA 결정상은 인산량 1200g β-TCP 인산량 1300g으로 확인하였다. 이를 토대로 선행실험을 통해 HA, β-TCP의 결정상 변화과정을 확인할 수 있었다.

2. Pilot 규모의 HA 결정상 제어 기술 실험

선행실험인 Sample.1에서 소량의 β-TCP 와 잔류 CaO 결정상을 출현하였는데, 이는 Ca입자에 많은 인산 P에 의해 β-TCP가 형성되어 남은 CaO가 잔류한 것으로 판단하여 아래의 표 2와 같이 실험조건을 변경하여 실험을 실시하였으며, XRD 분석을 통해 결정상 변화를 확인하여 아래 도 3에 나타내었다.

<표 2>

아래 도 3에 나타낸 XRD 분석결과 기존 Sample.1에 비해 Sample.1-2는 HA결정상 외 다른 결정상이 발견되지 않았음. 이 결과를 바탕으로 용매의 IPA가 많을수록 산화칼슘과 인산의 반응을 원활하게 하는 것을 알 수 있었으며, 인산이 HA, β-TCP 결정상을 결정하는 가장 중요한 변수인 것을 확인하게 되었다.

시험조건 = Pot mill:5L, B/M Time:24hrs, IPA:4L, CaO:500g, H₃PO₄:585g, Ca/P ratio:1.75(1.17), 합성된 HA분말 중량:845.21g

3. Pilot 규모의 β- TCP 결정상 제어 기술 실험

선행실험인 인산 첨가량에 따른 상분률 형성 과정을 통해 β-TCP 형성되는 인산량을 추측 할 수 있었다. 이를 토대로 β-TCP 결정상 제어 기술 실험을 실시하였으며 아래의 표 3과 같이 합성조건을 변경하여 β-TCP 합성분말을 제조하였으며 XRD분석을 통해 결정상을 확인하였다.

<표 3>

아래 도 4에 나타낸 XRD 분석결과 Sample.2에 생성되었던 HA결정상이 Sample.2-1에서 발견되지 않는 결과를 얻을 수 있었다. 기존 온도와 인산첨가량 조절을 통해 HA, β-TCP 결정상을 제어하였지만, 용매인 IPA 첨가량을 늘려 원활한 합성을 통해 결정상을 제어하는 결과를 얻을 수 있었다.

시험조건=Pot mill:5L, B/M Time:24hrs, IPA:4L, CaO:500g, H₃PO₄:650g(1.35), Ca/P ratio:1.52, 합성된 β-TCP분말 중량:895.85g

4. Pilot 규모의 HA , β- TCP 결정상 분률 제어 기술 실험

HA, β-TCP를 한 용기 내에서 반응하여 합성시키는 방법인 in-situ방식으로 원하는 HA와 β-TCP의 결정상 분률을 제어하여야 하는데, 선행실험을 바탕으로 인산 첨가량에 따라 결정상이 결정되는 중요한 변수를 확인하였으며, 인산 첨가량을 달리 하여 실험을 실시하였다.

제조하고자 하는 각각의 시편에 원하는 HA/TCP 결정상 분률을 정하였으며, 아래 표 4에 나타낸 조건으로 실험을 실시하였고, 제조한 각각의 시편은 XRD 분석을 통해 아래 도 5에 나타내었으며, 원하는 결정상이 형성되었는지 확인하였다.

<표 4>

아래 도 5에 나타낸 XRD 분석결과 모든 샘플에서 HA, β-TCP 결정상을 관찰되는 결과를 얻을 수 있었다. 이는 인산첨가량이 어느 정도 도달하였을 경우 β-TCP로 상전이가 되는 것을 알 수 있으며, 이는 인산량이 증가하면 β-TCP 결정상이 증가하고 HA 결정상은 줄어드는 경향성이 다시된 것이다.

시험조건=Pot mill:5L, B/M Time:24hrs, IPA:4L, CaO:500g, H3PO4:620g(1.24), 630g(1.26), 640g(1.28), Ca/P ratio:1.65, 1.63, 1.60, 합성된 HA/TCP 분말 중량:872.48, 880.27, 888.06

상기 제1볼밀단계(S103)는 상기 인산칼슘합성단계(S103)를 통해 합성된 인산칼슘을 볼밀로 밀링하는 단계로, 인산칼슘합성단계(S103)를 통해 합성된 인산칼슘 100 중량부에 해교제 0.01 중량부를 투입하고, 지르코니아 볼을 이용하여 20 내지 30시간 동안 볼밀링하여 이루어지는데, 종래에는 바스켓 밀을 이용하여 합성된 분말의 입자를 분쇄 및 분산하였으나, 바스켓 밀의 금속과 인산의 반응으로 인하여 금속이 녹거나 부산물이 발생하는 것을 방지하기 위해 포트밀을 이용해 분쇄 및 분산을 하였으며, 포트밀에 투입되는 볼은 지르코니아로 이루어지는 것이 바람직하다.

이때, 상기 해교제는 탄산나트륨 또는 규산나트륨으로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기와 같이 지르코니아 볼을 이용하여 20 내지 30시간 동안 볼밀링된 인산칼슘에 함유된 하이드록시 아파타이트, 베타-트리칼슘포스페이트 및 하이드록시 아파타이트 및 베타-트리칼슘포스페이트 혼합물의 평균입도를 입도분석장치로 분석한 결과, 하이드록시 아파타이트의 평균입도는 0.14 마이크로미터이며, 베타-트리칼슘포스페이트는 평균입도가 0.13 마이크로미터이고, 하이드록시아파타이트와 베타-트리칼슘포스페이트의 혼합물은 평균입도가 0.14 마이크로미터를 나타내었다.

상기 제2열처리단계(S107)는 상기 제1볼밀단계(S105)를 통해 분말화된 인산칼슘을 열처리하는 단계로, 상기 제1볼밀단계(S105)를 통해 마이크로미터 크기로 분말화된 인산칼슘을 950 내지 1050℃의 온도에서 90 내지 150분 동안 열처리하여 이루어지는데, 상기의 온도와 시간 동안 열처리가 진행되면, 인산칼슘에 함유되어 있는 휘발성분이나 기타 유기물이 제거되어 인산칼슘의 순도가 향상된다.

상기 제2볼밀단계(S109)는 제2열처리단계(S107)를 통해 열처리된 인산칼슘을 볼밀로 밀링하는 단계로, 상기 제2열처리단계(S107)를 통해 열처리된 인산칼슘이 열처리되는 과정에서 뭉침현상이 발생하여 평균입도가 증가할 수 있기 때문에, 포트밀과 지르코니아 볼을 이용해 20 내지 30시간 동안 볼밀링하는 단계다.

이하에서는, 본 발명에 따른 달걀껍질을 이용한 인체친화성 인공뼈용 인산칼슘의 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 인산칼슘의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.

<실시예 1>

달걀껍질을 세척한 후에 열처리 장치에 투입하고 1.6℃/min의 속도로 1000℃ 까지 승온시킨 후에 10시간 동안 열처리하고, 열처리된 달걀껍질 100 중량부에 이소프로필알코올 400 중량부 및 인산수용액(질량농도 85%) 120 중량부를 혼합하고 반응시켜 인산칼슘을 합성하고, 합성된 인산칼슘 100 중량부 및 해교제(탄산나트륨) 0.01 중량부를 포티밀에 투입하고, 지르코니아 볼을 이용하여 24시간 동안 볼밀링하고, 볼밀링된 인산칼슘을 3℃/min의 속도로 1000℃ 까지 승온시킨 후에 2시간 동안 열처리하고, 열처리된 인산칼슘을 포티밀에 투입하고, 지르코니아 볼을 이용하여 24시간 동안 열처리하여 인공뼈용 인산칼슘을 제조하였다.

<실시예 2>

상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 인산수용액(질량농도 85%) 125 중량부를 혼합하여 인공뼈용 인산칼슘을 제조하였다.

<실시예 3>

상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 인산수용액(질량농도 85%) 130 중량부를 혼합하여 인공뼈용 인산칼슘을 제조하였다.

상기 실시예 1 내지 3을 통해 제조된 인산칼슘의 결정화도를 측정하여 아래 표 5에 나타내었다.

(단 결정화도는 ISO 13779-3의 표준규격에 의해 분석하였으며, 식약처장이 지정한 의료기기 시험검사기관인 연세대학교 치과대학 치과의료기기 시험평가센터에 의뢰하여 3회 측정 후 평균값으로 나타내었다.)

<표 5>

위에 표 1에 나타낸 것처럼, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3을 통해 제조된 인공뼈용 인산칼슘은 인체용 인공뼈의 결정화도 충족조건인 95%를 모두 상회하는 것을 알 수 있다.

또한, 상기 실시예 1 내지 3을 통해 제조된 인공뼈용 인산칼슘의 세포독성을 실험하고 그 결과를 아래 표 7 내지 9에 나타내었다.

{단, 세포독성 실험은 경북대학교 생체재료연구소 치과재료시험평가센터에 의뢰하여 실시하였고, 실험물질의 세포독성유발 여부를 평가하기 위해 의료기기의 생물학적 안전에 관한 공통기준규격(식품의약품안전처 고시 제 2014-115호)와 ISO 10993-5(2009)의 Tests for in vitro cytotoxity에 따라 실시하였다.)

<표 6> 세포독성 관찰항목

상기 표 6은 의료기기의 생물학적 안전에 관한 공통기준규격에서 한천 및 필터 확산시험, 직접 접촉시험에 대한 세포독성반응 및 관찰 항목이며, 양성과 음성대조가 정확할 때 시험검체의 반응도가 2등급 보다 큰 경우( > 2) 세포독성이 있는 것으로 평가하기 때문에 경미함(Mild)이내 등급이어야 한다.

<표 7> 세포독성 육안관찰 결과

<표 8> 세포독성 현미경관찰 결과 1

<표 9> 세포독성 현미경관찰 결과 2

상기 표 7 내지 9에 나타낸 것처럼, 육안관찰 및 현미경 관찰결과 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3은 3차례의 테스트에서 모두 Grade 0수준으로 세포독성이 없는 것으로 확인되었다.

Positive control은 시험할 때 세포독성반응을 일으키며 재현성을 가지고 있는 물질로, cell 형태가 동그랗고 투명하게 보이기 때문에 세포독성으로 인해 세포가 죽은 것으로 확인되며, Negative control은 세포독성반응을 일으키지 않는 물질이기 때문에 Negative control와 sample의 형태는 비슷하고 세포수의 차이는 약간 보이지만 독성이 있다고 판단하지 않았다.

따라서, 본 발명에 따른 달걀껍질을 이용한 인체친화성 인공뼈용 인산칼슘의 제조방법은 하이드록시아파타이트나 베타-트리칼슘포스페이트 등이 생성되어 인체친화성을 나타내며, 결정화도가 높아 압축강도나 인장강도 등의 기계적 물성이 우수한 인공뼈용 인산칼슘을 제공한다.

S101 ; 제1열처리단계
S103 ; 인산칼슘합성단계
S105 ; 제1볼밀단계
S107 ; 제2열처리단계
S109 ; 제2볼밀단계

Claims

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달걀껍질을 세척한 후에 열처리하는 제1열처리단계;
상기 제1열처리단계를 통해 열처리된 달걀껍질에 이소프로필알코올 및 인산수용액을 혼합하는 인산칼슘합성단계;
상기 인산칼슘합성단계를 통해 합성된 인산칼슘을 볼밀로 밀링하는 제1볼밀단계;
상기 제1볼밀단계를 통해 분말화된 인산칼슘을 열처리하는 제2열처리단계; 및
상기 제2열처리단계를 통해 열처리된 인산칼슘을 볼밀로 밀링하는 제2볼밀단계;로 이루어지고,
상기 제1볼밀단계는 상기 인산칼슘합성단계를 통해 합성된 인산칼슘 100 중량부에 해교제 0.01 중량부를 투입하고, 지르코니아 볼을 이용하여 20 내지 30시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 달걀껍질을 이용한 인체친화성 인공뼈용 인산칼슘의 제조방법.
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