KR102069847B1 - manufacturing method of bone graft material using 3D printing - Google Patents
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- A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
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Abstract
본 발명은 3D 프린팅에 의한 골 이식재의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리락티드와 인산칼슘을 혼합하여 만든 고분자-세라믹 복합체를 골 이식재의 재료로 하여 3D 프린팅에 의해 3차원 구조로 성형함으로써 크기, 형태, 그리고 공극 구조 등을 용이하게 조절할 수 있는 골 이식재의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 3D 프린팅에 의한 골 이식재의 제조방법은 폴리락티드(polylactide) 분말과 인산칼슘(calcium phosphate) 분말을 용융 혼합하여 고분자와 세라믹이 혼합된 복합체를 수득하는 용융혼합단계와, 복합체를 3D 프린팅에 의해 3차원 형상으로 성형하는 성형단계를 포함한다.The present invention relates to a method for manufacturing a bone graft material by 3D printing, and more particularly, a polymer-ceramic composite made by mixing polylactide and calcium phosphate as a material of a bone graft material is molded into a three-dimensional structure by 3D printing. The present invention relates to a method for producing a bone graft material which can be easily adjusted in size, shape, and pore structure.
Method of producing a bone graft material by the 3D printing of the present invention is a melt mixing step of obtaining a composite mixed with polymer and ceramic by melting and mixing polylactide powder and calcium phosphate powder, and the composite 3D It comprises a molding step of molding into a three-dimensional shape by printing.
Description
본 발명은 3D 프린팅에 의한 골 이식재의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리락티드와 인산칼슘을 혼합하여 만든 고분자-세라믹 복합체를 골 이식재의 재료로 하여 3D 프린팅에 의해 3차원 구조로 성형함으로써 크기, 형태, 그리고 공극 구조 등을 용이하게 조절할 수 있는 골 이식재의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a bone graft material by 3D printing, and more particularly, a polymer-ceramic composite made by mixing polylactide and calcium phosphate as a material of a bone graft material is molded into a three-dimensional structure by 3D printing. The present invention relates to a method for producing a bone graft material which can be easily adjusted in size, shape, and pore structure.
뼈는 인체를 지탱하고 동작을 수행하는 기계적 기능 이외에도, 체내의 칼슘 이온농도를 조절하면서 칼슘의 저장고 역할을 하며, 골수에서 인체에 필요한 적혈구 및 백혈구를 생산하는 중요한 생리적 기능도 보유하고 있다.In addition to the mechanical functions that support and carry out the human body, bones also act as a reservoir for calcium while regulating the concentration of calcium ions in the body, and also possess important physiological functions in the bone marrow to produce red blood cells and white blood cells.
일반적으로 외상, 종양, 기형 혹은 생리학적 현상 등에 의해 뼈조직이 손상된 경우, 그 부위에 골을 채워서 신생골을 생성시킨다. 이때 골 결손부의 회복을 위한 가장 보편적인 방법은 다른 부위의 자신의 골을 일부 채취하여 이식하는 자가골 이식방법, 다른 사람의 뼈를 화학 처리하여 이식하는 동종골 이식방법, 동물의 뼈를 화학처리하여 이식하는 이종골 이식방법 등이 있다.In general, when bone tissue is damaged by trauma, tumors, malformations or physiological phenomena, new bone is generated by filling bones in the area. At this time, the most common method for the recovery of bone defects is autologous bone transplantation method, which extracts and transplants some of its own bones from other sites, allogeneic bone transplantation method by chemically treating another person's bone, and transplants by chemical treatment of animal bone Xenograft transplantation method.
일반적으로 가장 좋은 이식 방법인 자가골 이식방법은 이식을 수행하기 위한 자가골 채취를 위해 이차적인 수술이 필요하고, 공여부 합병증, 그리고 채득 양의 제한 등의 단점이 있다. 이러한 자가골의 한계를 극복하기 위한 동종골 및 이종골은 생체 공여부로 인한 감염에 대한 위험성이 잔존하고 있다. In general, autologous bone graft, which is the best transplantation method, requires secondary surgery for autologous bone extraction to perform transplantation, and there are disadvantages such as donor complications and limitation of the amount of harvesting. Allogeneic bones and xenografts for overcoming the limitations of autologous bones remain at risk for infection due to the donor.
이에 충분한 양의 골을 쉽게 얻을 수 있으며, 질병에 대한 전염 가능성이 없고, 기존 이식재를 대체할 만한 성능을 갖는 생체 친화성이 우수하고 이식시 적절히 흡수되어 재생골로 치환될 수 있는 합성골 이식재의 제작 방법과 재료에 관한 연구에 많은 관심이 집중되어 왔다. In this regard, a sufficient amount of bone can be easily obtained, there is no possibility of transmission of disease, and excellent biocompatibility having a performance that can replace an existing implant, and a synthetic bone graft can be properly absorbed and replaced with regenerated bone when transplanted. Much attention has been paid to research on methods and materials.
이상적인 골이식재의 조건인 공간유지, 골막이나 차폐막의 저지, 골결손부의 해부학적 구조 등을 고려하여 골이식재의 최적의 크기와 형태를 결정하는 것은 매우 중요하다. 그동안 임상에서의 적용을 위해 합성 골이식재는 크기와 형태에 따라 입자형 또는 블록형으로 제작되어 왔다. It is very important to determine the optimal size and shape of bone graft material in consideration of the space maintenance, the periosteum or shielding membrane, and the anatomy of bone defects. Synthetic bone grafts have been produced in the form of particles or blocks depending on the size and shape for clinical applications.
입자형 골이식재는 다르기 쉽고 재혈관화가 빠른 장점이 있으나 형태 유지가 어렵고 흩어지거나 솔실되는 단점이 있다. 반면에 블록형 골이식재는 우수한 기계적 강도와 형태 유지능으로 비교적 큰 골결손부에 효과적으로 사용될 수 있으나 술식이 복잡하고 구조적 문제로 인해 재혈관화가 늦어 치유기간이 길어지는 단점이 있다. Granular bone graft material has the advantages of being easy to be different and quick revascularization, but difficult to maintain the shape and scattered or brushed. On the other hand, block-type bone graft material can be effectively used in relatively large bone defects due to its excellent mechanical strength and shape retention ability, but has a disadvantage in that the revascularization is delayed due to complicated procedures and structural problems, resulting in a long healing period.
합성 골이식재의 재료로 세라믹, 금속, 고분자 등이 있다. 이러한 재료로 블록형 골이식재를 제조하기 위한 다양한 기술들이 알려져 있다. Synthetic bone graft materials include ceramics, metals, and polymers. Various techniques are known for producing blocky bone grafts from such materials.
대한민국 등록특허 제10-1816231호에는 β-삼인산칼슘 입자코팅처리를 활용한 고성형성 골이식재의 제조방법에 개시되어 있고, 대한민국 등록특허 제10-1762580호에는 다공성 골이식재 제조방법이 개시되어 있다. Korean Patent No. 10-1816231 discloses a method for producing a highly formed bone graft material using β-tricalcium phosphate particle coating, and Korean Patent No. 10-1762580 discloses a method for producing a porous bone graft material.
하지만 종래의 블록형 골이식재는 골 결손부에 맞춤형으로 제작하기 위한 CT 영상이 필수적이며, 결손 부위의 크기가 크거나 복잡한 형태를 가질 경우 많은 시간과 노력이 필요한 한계점을 갖는다. However, in the conventional block-type bone graft material, a CT image for customizing a bone defect is essential, and when the size of the defect is large or has a complicated shape, it requires a lot of time and effort.
이에 따라 최근에는 3D 프린팅 기술을 이용하여 원하는 특정한 형태를 만들 수 있게 됨으로써 적절한 크기, 형태, 그리고 공극 구조 등을 갖는 골이식재를 마이크로미터 단위부터 골 결손부 크기까지 제작할 수 있게 되었다. As a result, it is possible to produce a specific shape desired using 3D printing technology in recent years, so that a bone graft material having an appropriate size, shape, and pore structure, etc., can be manufactured from a micrometer unit to a bone defect size.
본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로서, 폴리락티드와 인산칼슘을 혼합하여 만든 고분자-세라믹 복합체를 골 이식재의 재료로 하여 3D 프린팅에 의해 3차원 구조로 성형함으로써 크기, 형태, 그리고 공극 구조 등을 용이하게 조절할 수 있는 골 이식재의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention has been made to improve the above problems, and the size, shape, and shape by forming a polymer-ceramic composite made by mixing polylactide and calcium phosphate as a material of bone graft material into a three-dimensional structure by 3D printing It is an object of the present invention to provide a method for producing a bone graft material that can easily adjust the pore structure and the like.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 3D 프린팅에 의한 골 이식재의 제조방법은 폴리락티드(polylactide) 분말과 인산칼슘(calcium phosphate) 분말을 용융 혼합하여 고분자와 세라믹이 혼합된 복합체를 수득하는 용융혼합단계와; 상기 복합체를 3D 프린팅에 의해 3차원 형상으로 성형하는 성형단계;를 포함한다.Method for producing a bone graft material by the 3D printing of the present invention for achieving the above object is melt melting and mixing a polylactide powder and calcium phosphate powder to obtain a composite mixture of a polymer and a ceramic Mixing step; And a molding step of molding the composite into a three-dimensional shape by 3D printing.
상기 용융혼합단계는 상기 폴리락티드 분말 50 내지 90중량%와 상기 인산칼슘 분말 10 내지 50중량%를 배합하여 배합물을 얻는 단계와, 상기 배합물을 압출기에서 용융 성형하여 펠렛 형상의 상기 복합체를 만드는 단계로 구비된다.In the melt mixing step, 50 to 90% by weight of the polylactide powder and 10 to 50% by weight of the calcium phosphate powder are combined to obtain a compound, and the compound is melt-molded in an extruder to make the pellet-shaped composite. It is provided with.
상기 인산칼슘 분말의 분산성을 향상시키기 위해 상기 인산칼슘 분말은 500 내지 700℃에서 하소하여 열처리된다.In order to improve the dispersibility of the calcium phosphate powder, the calcium phosphate powder is calcined and heat treated at 500 to 700 ° C.
상기 성형단계는 상기 복합체를 3D 프린터의 배럴에 투입하여 히터로 용융시킨 다음 가압하여 노즐을 통해 용융된 복합체를 적층하면서 성형한다. In the molding step, the composite is poured into a barrel of a 3D printer, melted by a heater, and then pressurized to form a molten composite through a nozzle.
상기 인산칼슘은 β-삼인산칼슘이다. The calcium phosphate is β-tricalcium phosphate.
상술한 바와 같이 본 발명은 폴리락티드와 인산칼슘을 혼합하여 만든 고분자-세라믹 복합체를 골 이식재의 재료로 하여 3D 프린팅에 의해 3차원 구조로 성형함으로써 크기, 형태, 그리고 공극 구조 등을 용이하게 조절할 수 있다. As described above, in the present invention, the polymer-ceramic composite made by mixing polylactide and calcium phosphate is formed into a three-dimensional structure by 3D printing using a material of bone graft material to easily control the size, shape, and pore structure. Can be.
본 발명은 정형외과, 신경외과에서 조직 및 골 결손부를 치료하기 위한 골 이식재로 유용하게 활용될 수 있다. The present invention can be usefully used as a bone graft for treating tissue and bone defects in orthopedic and neurosurgery.
도 1은 본 발명에 따라 제조된 블록형 골 이식재의 다양한 모습을 나타낸 사진이고,
도 2는 3D 프린팅에 의해 골 이식재에 형성된 다양한 공극의 형태를 보여주는 전자현미경사진이고,
도 3은 3D 프린팅에 의해 골 이식재에 형성된 다양한 공극의 크기를 보여주는 모식도이다. 1 is a photograph showing various aspects of a block-type bone graft prepared according to the present invention,
2 is an electron micrograph showing the shape of the various pores formed in the bone graft by 3D printing,
Figure 3 is a schematic diagram showing the size of the various pores formed in the bone graft by 3D printing.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3D 프린팅에 의한 골 이식재의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method for producing a bone graft material by 3D printing according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 예에 따라 제조된 골 이식재는 3D 프린팅에 의해 3차원 구조로 형성된다. 이러한 3D 프린팅에 의해 의도한 골 이식재의 형상을 정확하게 구현할 수 있으며 공극의 크기와 형태까지 자유롭게 조절할 수 있다.Bone grafts prepared according to one embodiment of the present invention is formed into a three-dimensional structure by 3D printing. By this 3D printing, the shape of the intended bone graft can be accurately realized, and the size and shape of the pores can be freely adjusted.
도 1에 본 발명에 따라 3D 프린팅에 의해 3차원 형상으로 구현된 다양한 형태의 골 이식재를 나타내고 있다. 골 이식재는 해부학적 형상, 시트, 사각, 원추형, 구형 등의 다양한 형상을 갖는 임의적 3차원 형상으로 제공될 수 있다. 이러한 블록 형태의 골 이식재는 입자 형태의 골 이식재에 비해 우수한 기계적 강도와 형태 유지능을 갖는다. Figure 1 shows a bone graft of various forms implemented in a three-dimensional shape by 3D printing in accordance with the present invention. The bone graft can be provided in any three-dimensional shape having various shapes such as anatomical shape, sheet, square, cone, spherical shape, and the like. Such block-shaped bone grafts have superior mechanical strength and morphology compared to the bone grafts in the form of particles.
또한, 블록 형태의 골 이식재는 표면과 내부에 다수의 공극이 형성된 다공성 구조를 갖는다. 다공성 구조는 생체적합성, 구조적 강도, 경량성, 상호연결된 기공 구조, 취급 용이성 및 블레이드, 가공의 용이성을 부여하며, 생체 조직과의 유착성 및 개선된 섬유혈관 내증식을 비롯한 이점들을 갖는다.In addition, the bone graft in the form of a block has a porous structure formed with a plurality of pores on the surface and inside. The porous structure confers biocompatibility, structural strength, light weight, interconnected pore structure, ease of handling and blades, ease of processing, and has advantages including adhesion to living tissue and improved fibrovascular growth.
골 이식재에 형성된 공극은 작게는 수십 마이크로미터이고, 크게는 수십밀리미터이다. 가령, 공극의 크기는 50㎛~50mm일 수 있다. 공극들 전체의 부피는 골이식재 부피의 약 1 내지 99%로 다양하게 조절할 수 있다. 골이식재는 상호연결된 개방형 공극 구조로 인하여 골 내증식을 효과적으로 허용한다.The voids formed in the bone graft are tens of micrometers small and tens of millimeters large. For example, the pore size may be 50 μm˜50 mm. The volume of the entire voids can be adjusted to vary from about 1 to 99% of the bone graft volume. The bone graft material effectively allows for bone ingrowth due to the interconnected open pore structure.
다양한 기공형태의 크기를 갖는 골 이식재의 모습을 도 2 및 도 3에 나타내고 있다. 2 and 3 show the appearance of bone grafts having various pore sizes.
골 이식재의 소재로 고분자와 세라믹이 혼합되어 형성된 고분자-세라믹 복합체를 이용한다. As a bone graft material, a polymer-ceramic composite formed by mixing a polymer and a ceramic is used.
고분자 물질로 폴리락티드(polylactide)를 이용할 수 있고, 세라믹 물질로 인산칼슘(calcium phosphate)을 이용할 수 있다. Polylactide may be used as the polymer material, and calcium phosphate may be used as the ceramic material.
폴리락티드(polylactide, PLA)는 생분해성 고분자 소재로서, 다른 생분해성 고분자 소재에 비해 기계적 성능 및 생체적합성이 비교적 우수하여 약물 방출 조절용 약물 전달 시스템(Drug delivery system, DDS), 뼈 및 조직 고정용 핀, 스크류 및 봉합사 등의 의학 분야에서 이미 사용되고 있다. 특히, 환경 또는 생체에 대한 친화성 및 무독성 등으로 인하여 환경 및 의학 분야에서 각종 용도로 이용되고 있다.Polylactide (PLA) is a biodegradable polymer material, which has better mechanical performance and biocompatibility than other biodegradable polymer materials, so it can control drug delivery system (DDS), bone and tissue fixation It is already used in medical applications such as pins, screws and sutures. In particular, due to the affinity and non-toxicity to the environment or living organisms, it is used in various fields in the environment and medical field.
인산칼슘은 생체흡수성 및 생체 적합성 소재이면서 고분자 소재의 강도 부족을 보완한다. 인산칼슘의 예로 β-삼인산칼슘(β-Tricalcium phosphate)이다. Calcium phosphate is a bioabsorbable and biocompatible material that compensates for the lack of strength in polymeric materials. An example of calcium phosphate is β-tricalcium phosphate.
이러한 인산칼슘 화합물은 인간 신체의 뼈를 구성하는 물질과 성분이 매우 유사하기 때문에 인공뼈 이식물질로 각광을 받고 있다. 또한 인산칼슘 화합물은 생체용 세라믹스의 강화재, 골 결손부의 충진재, 중금속 이온의 교환체, 컬럼 크로마토그래피의 충진재, 단백질 및 핵산 등의 생체 고분자 물질이나 아미노산 등의 흡착재, 항균 및 방취용 재료로서 매우 다양한 분야에 적용되고 있다.These calcium phosphate compounds are in the spotlight as artificial bone graft materials because they are very similar in substance and components to the bones of the human body. In addition, calcium phosphate compounds are widely used as reinforcing materials for ceramics, fillers for bone defects, exchangers for heavy metal ions, fillers for column chromatography, biopolymers such as proteins and nucleic acids, and adsorbents for amino acids, and antibacterial and deodorizing materials. It is applied to the field.
본 발명의 일 예에 따른 3D 프린팅에 의한 골 이식재의 제조방법은 폴리락티드 분말과 인산칼슘 분말을 용융 혼합하여 고분자와 세라믹이 혼합된 복합체를 수득하는 용융혼합단계와, 복합체를 3D 프린팅에 의해 3차원 형상으로 성형하는 성형단계를 포함한다. Method for producing a bone graft material by 3D printing according to an embodiment of the present invention is a melt mixing step of obtaining a composite of a polymer and ceramic by melting and mixing polylactide powder and calcium phosphate powder, and the composite by 3D printing It includes a molding step of molding into a three-dimensional shape.
먼저, 용융혼합단계를 통해 상술한 복합체를 수득하다. First, the above-described composite is obtained through a melt mixing step.
이를 위해 고분자 물질로 폴리락티드 분말과, 세라믹 물질로 인산칼슘 분말을 준비한다. To this end, polylactide powder is prepared as a polymer material and calcium phosphate powder is prepared as a ceramic material.
폴리락티드 분말은 1 내지 2mm 입도크기로 사용하는 것이 바람직하다. The polylactide powder is preferably used in a size of 1 to 2 mm.
그리고 인산칼슘 분말은 나노미터 또는 마이크로미터 크기로 이루어질 수 있다. 가령, 인산칼슘 분말은 약 10nm 내지 50㎛ 크기일 수 있다. 나노미터 또는 마이크로미터 수준의 인산칼슘 입자를 이용함으로써 생분해성 고분자 소재의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.And the calcium phosphate powder may be made in nanometer or micrometer size. For example, the calcium phosphate powder may be about 10 nm to 50 μm in size. By using the nanometer or micrometer level calcium phosphate particles it is possible to improve the mechanical properties of the biodegradable polymer material.
바람직하게 인산칼슘은 분산성을 향상시키기 위해 고온에서 열처리한다. 가령, 500 내지 700℃에서 60 내지 240분 동안 하소(calcination)할 수 있다. 열처리된 인산칼슘은 각종 불순물이 제거되고, 분산성이 형성된다. Preferably calcium phosphate is heat treated at high temperature to improve dispersibility. For example, it may be calcined at 500 to 700 ° C. for 60 to 240 minutes. The heat treated calcium phosphate removes various impurities and forms dispersibility.
구체적으로 용융혼합단계는 폴리락티드 분말과 인산칼슘 분말을 배합하여 배합물을 얻는 다음, 배합물을 압출기에서 용융 성형하여 펠렛 형상의 복합체를 만드는 과정으로 이루어질 수 있다. Specifically, the melt mixing step may be performed by mixing polylactide powder and calcium phosphate powder to obtain a blend, followed by melt molding the blend in an extruder to make a pellet-shaped composite.
배합물을 얻기 위해 폴리락티드 분말 50 내지 90중량%와 인산칼슘 분말 10 내지 50중량%를 배합한다. 인산칼슘의 배합량이 10중량% 미만일 경우 세포증식이나 부착효과가 낮고, 인산칼슘의 배합량이 50중량%를 초과할 경우 골 이식재의 물성을 저하시킨다. 50 to 90% by weight of polylactide powder and 10 to 50% by weight of calcium phosphate powder are blended to obtain a blend. When the compounding amount of calcium phosphate is less than 10% by weight, cell growth or adhesion is low, and when the compounding amount of calcium phosphate exceeds 50% by weight, the physical properties of the bone graft material are lowered.
배합물은 압출기(extruder)를 이용하여 복합체로 만든다. 압출기에 투입된 배합물은 용융되어 봉상으로 압출되고, 압출되는 봉상의 배합물은 일정 길이로 절단되어 펠렛 형상으로 만들어진다. The blend is made into a composite using an extruder. The compound introduced into the extruder is melted and extruded into a rod shape, and the rod-like compound to be extruded is cut into a predetermined length to make a pellet shape.
다음으로, 펠렛 형상의 복합체를 3D 프린팅에 의해 3차원 형상으로 성형하는 성형단계를 수행한다. Next, a molding step of molding the pellet-shaped composite into a three-dimensional shape by 3D printing is performed.
3D 프린터는 복합체를 용융시킨 다음 XYZ 방향으로 자유롭게 이동이 가능한 노즐을 통하여 용융된 복합체를 분사하여 3차원의 형상의 골이식재를 만든다. 3D 프린팅(3D printing) 방법에 의해 골 이식재를 제조할 경우 형상의 제한이 없으며, 의도한 형상을 정확하게 구현할 수 있고 공극의 크기와 형태까지 자유롭게 조절할 수 있다.The 3D printer melts the composite and then sprays the molten composite through a nozzle that can move freely in the XYZ direction to create a three-dimensional bone graft material. When the bone graft material is manufactured by the 3D printing method, there is no restriction on the shape, the intended shape can be accurately realized, and the size and shape of the pores can be freely adjusted.
3D 프린터로 다양한 공지의 프린터를 이용할 수 있다. 바람직하게 공압식 3D 프린터를 이용한다. 공압식 3D 프린터는 본 발명과 같이 필라멘트 재료를 사용하지 않고 펠렛 형태의 재료를 사용하는 3D 프린팅에 적합하다. Various known printers can be used as the 3D printer. Preferably a pneumatic 3D printer is used. Pneumatic 3D printers are suitable for 3D printing using pellet-like materials without the use of filament materials as in the present invention.
공압식 3D 프린터의 전면에 장착된 금속 배럴에 펠렛 형태의 복합체를 일정량 투입한 다음 히터로 용융시켜 프린팅이 가능한 점도로 만든 후 배럴의 내부에 압력을 가해 노즐을 통해 용융된 복합체를 압출하면서 3차원 구조로 적층하여 골 이식재를 성형할 수 있다. 이러한 공압식 프린터로 상업화된 바이오 3D 프린터(상품명: 인비보(INVIVO), 주식회사 로킷, 한국)을 사용할 수 있다. A certain amount of pellet-type composite is put into a metal barrel mounted on the front of the pneumatic 3D printer, melted with a heater to make a printable viscosity, and pressure is applied to the inside of the barrel to extrude the molten composite through a nozzle to make a three-dimensional structure. The bone graft can be molded by lamination. As such a pneumatic printer, a commercially available bio 3D printer (trade name: INVIVO, Rocket, Korea) can be used.
3D 프린터로 골 이식재를 제조하기 위해서는 3차원 정보를 수집한 다음 3차원 정보를 바탕으로 골 이식재의 3차원 이미지를 생성하여야 한다. 3차원 정보로 이용되는 것은 이식 부위의 3차원 CT 데이터, 3차원으로 스캔(scan)한 데이터 등을 포함한다. 수집하여 얻은 정보는 저장되어 3차원 이미지를 형성하는 기초로 이용된다. 형성된 3차원 이미지는 3D 프린터에 의해 의도된 3차원 형상의 골 이식재로 구현된다.In order to manufacture a bone graft using a 3D printer, after collecting three-dimensional information, a three-dimensional image of the bone graft should be generated based on the three-dimensional information. The three-dimensional information used includes three-dimensional CT data of the implantation site, data scanned in three dimensions, and the like. The collected information is stored and used as a basis for forming three-dimensional images. The three-dimensional image formed is embodied in a bone graft of three-dimensional shape intended by the 3D printer.
이하, 하기 실시 예를 통하여 본 발명에 대해 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시 예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위를 하기의 실시 예로 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described through the following examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention in detail, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.
(실시 예)(Example)
입도 크기가 약 10㎛인 β-삼인산칼슘 분말(시그마알드리치, 미국)을 600℃에서 120분 동안 하소하여 열처리하였다. 그리고 입도크기가 약 1.5mm인 폴리락티드(poly-L-lactide)(RESOMER L 210 S, Boehringer Ingelheim, 독일) 분말 70중량%와 열처리된 β-삼인산칼슘 분말 30중량%를 혼합하여 배합물을 얻은 다음, 압출기에서 용융 성형하여 펠렛 형상의 복합체를 만들었다. Β-tricalcium phosphate powder (Sigma-Aldrich, USA) having a particle size of about 10 μm was calcined at 600 ° C. for 120 minutes for heat treatment. And a compound obtained by mixing 70 wt% of poly-L-lactide (RESOMER L 210 S, Boehringer Ingelheim, Germany) powder having a particle size of about 1.5 mm and 30 wt% of heat-treated β-tricalcium phosphate powder. Next, melt molding was performed in an extruder to make a pellet-shaped composite.
펠렛 형상의 복합체를 공압식 3D 프린터(INVIVO, 주식회사 로킷, 한국)를 이용하여 다양한 모양과 크기를 갖는 3차원 구조의 골 이식재를 제조하였다. Pellet-shaped composites were prepared using a pneumatic 3D printer (INVIVO, Rocket, Korea) of three-dimensional bone graft having a variety of shapes and sizes.
다양한 종류의 골 이식재의 모습을 도 1에 나타내었다. 이와 같이 본 발명은 폴리락티드와 인산칼슘을 혼합하여 만든 고분자-세라믹 복합체를 기반으로 한 골 이식재를 3D 프린팅에 의해 3차원 구조로 성형함으로써 크기, 형태, 그리고 공극 구조 등을 용이하게 조절할 수 있다. Figure 1 shows the appearance of various kinds of bone graft material. As such, the present invention can easily control the size, shape, and pore structure by molding a bone graft material based on a polymer-ceramic composite made by mixing polylactide and calcium phosphate into a three-dimensional structure by 3D printing. .
이상에서 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described above with reference to one embodiment, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.
Claims (5)
상기 복합체를 3D 프린팅에 의해 3차원 형상으로 성형하는 성형단계;를 포함하고,
상기 용융혼합단계는 상기 폴리락티드 분말 50 내지 90중량%와 상기 인산칼슘 분말 10 내지 50중량%를 배합하여 배합물을 얻는 단계와, 상기 배합물을 압출기에서 용융 성형하여 펠렛 형상의 상기 복합체를 만드는 단계로 구비되며,
상기 인산칼슘 분말의 분산성을 향상시키기 위해 상기 인산칼슘 분말은 600℃에서 120분 동안 하소하여 열처리된 것을 특징으로 하는 3D 프린팅에 의한 골 이식재의 제조방법. A melt mixing step of melting a 1 to 2 mm particle size polylactide powder and a 10 nm to 50 μm particle size calcium phosphate powder in an extruder to obtain a pellet-shaped composite in which a polymer and a ceramic are mixed; ;
And a molding step of molding the composite into a three-dimensional shape by 3D printing.
In the melt mixing step, 50 to 90% by weight of the polylactide powder and 10 to 50% by weight of the calcium phosphate powder are combined to obtain a compound, and the compound is melt-molded in an extruder to make the pellet-shaped composite. Equipped with
In order to improve the dispersibility of the calcium phosphate powder, the calcium phosphate powder is calcined at 600 ℃ for 120 minutes, characterized in that the manufacturing method of bone graft material by 3D printing.
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