KR102123540B1 - Method for preparing bone grafting substitutes comprising ceramic granules - Google Patents
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Abstract
본 발명은 입자 전체를 관통하는 홀(hole)이 복수로 형성된 세라믹 입자들이 결합된 형태의 골이식재의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 골이식재에 관한 것으로, 본 발명에 따른 골이식재의 제조방법은 몰드의 형상을 원하는 대로 변형함으로써 다양한 제품 개발이 가능해질 뿐만 아니라 골이식재의 형상을 시술 부위의 형태에 맞도록 제조할 수 있어, 시술의 편의성을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 몰드안에 들어가는 입자의 종류를 다양하게 하여 공극률, 기계적 압축강도와 같은 기계적 특성을 조절할 수 있는 효과가 있다.
나아가, 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 골이식재는 세포부착이 용이할 뿐만 아니라, 강도 및 생체적합성이 우수한 효과가 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a bone graft material in the form of a combination of ceramic particles having a plurality of holes (holes) penetrating the entire particle and a bone graft material produced thereby, the method for manufacturing a bone graft material according to the present invention is molded By modifying the shape of the product as desired, various products can be developed, and the shape of the bone graft material can be manufactured to fit the shape of the treatment site, thereby providing convenience for the procedure.
In addition, it is effective to control mechanical properties such as porosity and mechanical compressive strength by various types of particles entering the mold.
Furthermore, the bone graft material produced by the production method according to the present invention not only facilitates cell adhesion, but also has excellent effects in strength and biocompatibility.
Description
본 발명은 입자 전체를 관통하는 홀(hole)이 복수로 형성된 세라믹 입자들이 결합된 형태의 골이식재의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 골이식재에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a bone graft material in the form of a combination of ceramic particles having a plurality of holes (holes) penetrating the entire particle and a bone graft material produced thereby.
기계적 응력을 지지하도록 하면서 또한 자연 뼈 재생 및 치료를 증대시키기 위해 결손부위에 환자(자가이식) 본인 또는 기증자(동종이식 또는 이종이식)로부터의 경조직 이식이 필요하다.Hard tissue transplantation from the patient (autograft) or from the donor (allograft or xenograft) is required at the site of the defect to support mechanical stress and to increase natural bone regeneration and treatment.
최근, 골이식재는 손상 뼈 대체나 경조직 공동의 충진제로서 의학적으로 주목받고 있다.Recently, bone graft material has been receiving medical attention as a substitute for damaged bone or as a filler for hard tissue joints.
골이식의 가장 좋은 방법은 자가이식 즉, 신체의 다른 부분으로부터 이식이지만 수령자의 상태 및 채취 부분 가능성에 따라 한계가 있다. 따라서 동물이나 사체의 뼈로 만든 골이식재가 임상에 적용되고 있다. 한 예로, 한국공개특허 제2010-0080028호에서는 동종 또는 이종의 골 조직을 채취하여 단시간 내에 탈지, 탈회, 세척 및 멸균 공정을 행함으로써 스폰지형 골이식재를 제조하는 방법을 개시하였다. 그러나, 동종 또는 이종의 골 조직을 이용한 골이식재는 광우병 또는 에이즈 등의 잠재적 감염에 노출될 수 있다.The best method for bone graft is autograft, that is, transplantation from other parts of the body, but there are limitations depending on the recipient's condition and the likelihood of harvesting. Therefore, bone grafts made from animal or carcass bones have been applied to the clinic. As an example, Korean Patent Publication No. 2010-0080028 discloses a method for producing a sponge-like bone graft material by collecting degenerative, deliming, washing, and sterilizing processes in a short time by collecting allogeneic or heterogeneous bone tissue. However, bone grafts using allogeneic or heterogeneous bone tissue can be exposed to potential infections such as mad cow disease or AIDS.
이런 문제들을 개선하기 위해, 천연 뼈의 성분과 유사한 HAp(hydroxyapatite), α/β-TCP (Tricalcium phosphate) 및 BCP(biphasic calcium phosphate)와 같은 칼슘-인산계 세라믹 골이식재들이 개발되고 있으며, 특히 BCP 세라믹은 기계적 강도와 생분해성이 균형을 이루고 있어서 치과나 정형외과 등에서 사용되고 있다.To improve these problems, calcium-phosphate-based ceramic bone grafts such as hydroxyapatite (HAp), tricalcium phosphate (α/β-TCP) and biphasic calcium phosphate (BCP), which are similar to those of natural bones, are being developed, especially BCP. Ceramics are used in dentistry, orthopedics, etc. because of their balance of mechanical strength and biodegradability.
한편, 경조직 대체 재료는 임상 응용 분야에 따라 필요조건들이 다르다.On the other hand, hard tissue replacement materials have different requirements depending on the clinical application.
결손부위가 큰 경우 블록형 골이식재가 필요하지만 제조공정상 긴 시간이 요구되므로 결손부위에 가장 적합한 형상의 골이식재를 제조하는데 한계가 있다. 한예로 한국공개특허 제2010-0061649호에서는 다공성의 블록형 합성 세라믹 지지체를 제조하는 단계, 분지의 총 합계가 5 보다 크거나 같은 다분지 PEG-티올의 수용액과 다분지 PEG-아크릴레이트의 수용액을 혼합하는 단계 및 상기 혼합물에 상기 다공성 블록형 합성 세라믹 지지체를 침지시키는 단계를 포함하여 제조된 복합 골 복구물질을 개시하고 있다. 그러나 이러한 블럭형 골이식재의 경우 두꺼운 골격구조를 갖기 때문에 느린 생분해성 특성을 나타내는 단점을 가진다.If the defect site is large, a block-type bone graft material is required, but since a long time is required in the manufacturing process, there is a limit in manufacturing a bone graft material having the shape most suitable for the defect site. As an example, in Korean Patent Publication No. 2010-0061649, a step of preparing a porous block-type synthetic ceramic support, mixing an aqueous solution of a multi-branched PEG-thiol and an aqueous solution of a multi-branched PEG-acrylate having a total sum of branches greater than or equal to 5 Disclosed is a composite bone repair material prepared by a step of immersing the porous block-type synthetic ceramic support in the mixture. However, such a block-type bone graft material has a disadvantage of exhibiting a slow biodegradable property because it has a thick skeletal structure.
주입형 골이식재의 경우 위와 같은 블록형 골이식재의 단점을 보와할 수 있으나, 재광물화 및 골 형성에 영향을 미치는 중요한 인자인 기공율을 제어할 수 없으며, 강도가 낮다는 단점이 있다.In the case of the implant-type bone graft material, the above-described disadvantages of the block-type bone graft material may be compensated, but the porosity, which is an important factor influencing remineralization and bone formation, cannot be controlled, and the strength is low.
과립형 골이식재는 위와 같은 단점들을 보완할 수 있는 잠재력을 가지는 것으로서 뛰어난 강도 및 용이한 적용성을 가지므로 우수한 골이식재로 사용될 수 있다. 그러나 이러한 과립형 뼈이식재는 각각의 알갱이들이 서로 결합되지 못하고 떨어진 상태로 있기 때문에, 수술 시에 결손부위를 충진하기 위해서는 낱알 단위로 이송하거나 일정공간에서 독립된 점성재료를 믹싱한 후에 주사기나 스푼 같은 도구를 사용하여야만 하는 불편함이 있었다.Granular bone graft material has the potential to compensate for the above disadvantages and has excellent strength and easy applicability, and thus can be used as an excellent bone graft material. However, since these granular bone grafts are in a state in which the respective granules are not combined with each other and are separated, in order to fill a defect site during surgery, a tool such as a syringe or a spoon is used after transferring in grain units or mixing an independent viscous material in a certain space. There was a discomfort that must be used.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 몰드를 이용하여 원하는 형태로 제조가 용이한 골이식재의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and has an object to provide a method of manufacturing a bone graft material that is easy to manufacture in a desired shape using a mold.
또한, 본 발명은 우수한 강도를 나타내면서도 생체적합성이 우수한 골이식재를 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, the present invention has an object to provide a bone graft material having excellent strength and excellent biocompatibility.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르며, 골이식재의 제조방법은 탄소 필라멘트 코어 및 세라믹 쉘로 이루진 복합체를 1차 압출하여 복수의 1차 필라멘트를 얻는 단계; 상기 복수의 1차 필라멘트를 내부에 위치시키고, 세라믹 쉘을 외부에 위치시킨 후, 2차 압출하여 2차 필라멘트를 얻는 단계; 상기 2차 필라멘트를 절단하여 세라믹 입자를 얻는 단계; 상기 세라믹 입자를 몰드에 주입한 후, 가열하여 세라믹 성형체를 얻는 단계; 및 상기 세라믹 성형체를 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, a method of manufacturing a bone graft material comprises: first extruding a composite composed of a carbon filament core and a ceramic shell to obtain a plurality of primary filaments; Placing the plurality of primary filaments therein, positioning the ceramic shell outside, and then extruding them to obtain secondary filaments; Cutting the secondary filaments to obtain ceramic particles; After injecting the ceramic particles into a mold, heating to obtain a ceramic molded body; And sintering the ceramic molded body.
상기 압출은 2 ~ 5 mm/mim의 속도로 진행되는 것을 특징으로 할 수 있다.The extrusion may be characterized in that proceeds at a speed of 2 ~ 5 mm / mim.
상기 1차 필라멘트는 0.1 ~ 10 mm의 지름 크기 및 1 ~ 50 mm의 길이를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.The primary filament may be characterized in that it has a diameter size of 0.1 to 10 mm and a length of 1 to 50 mm.
상기 2차 필라멘트는 0.1 ~ 50 mm의 지름 크기 및 0.5 ~ 50 mm의 길이를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.The secondary filament may be characterized in that it has a diameter size of 0.1 to 50 mm and a length of 0.5 to 50 mm.
상기 세라믹 입자는 0.1 ~ 10 mm의 길이를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.The ceramic particles may be characterized as having a length of 0.1 ~ 10 mm.
상기 가열은 30 ~ 150℃의 온도에서, 10분 ~ 5시간 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 할 수 있다.The heating may be performed at a temperature of 30 to 150° C. for 10 minutes to 5 hours.
상기 세라믹 성형체를 소결하는 단계는, 500 ~ 1,000℃의 온도에서 1차 소결한 후, 1,000 ~ 1,300℃의 온도에서 2차 소결하여 진행되는 것을 특징으로 할 수 있다.The step of sintering the ceramic molded body may be characterized in that it is first sintered at a temperature of 500 to 1,000°C, and then secondary sintered at a temperature of 1,000 to 1,300°C.
상기 골이식재는 입자 전체를 관통하는 홀(hole)이 복수로 형성된 세라믹 입자를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The bone graft material may be characterized by including ceramic particles having a plurality of holes (holes) penetrating the entire particle.
상기 세라믹 입자의 홀은 50 ~ 1,000㎛의 직경 크기를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.The hole of the ceramic particles may be characterized by having a diameter size of 50 ~ 1,000㎛.
본 발명에 따른 골이식재의 제조방법은 몰드의 형상을 원하는 대로 변형함으로써 다양한 제품 개발이 가능해질 뿐만 아니라 골이식재의 형상을 시술 부위의 형태에 맞도록 제조할 수 있어, 시술의 편의성을 제공할 수 있는 효과가 있다.The method for manufacturing a bone graft material according to the present invention enables various product developments by deforming the shape of the mold as desired, and thus the shape of the bone graft material can be manufactured to match the shape of the treatment site, thereby providing convenience for the procedure. It has an effect.
또한, 몰드안에 들어가는 입자의 종류를 다양하게 하여 공극률, 기계적 압축강도와 같은 기계적 특성을 조절할 수 있는 효과가 있다.In addition, it is effective to control mechanical properties such as porosity and mechanical compressive strength by various types of particles entering the mold.
나아가, 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 골이식재는 세포부착이 용이할 뿐만 아니라, 강도 및 생체적합성이 우수한 효과가 있다.Furthermore, the bone graft material produced by the production method according to the present invention not only facilitates cell adhesion, but also has excellent effects in strength and biocompatibility.
도 1은 본 발명에 따른 세라믹 입자 제조 과정에 있어서, 1차 필라멘트 및 2차 필라멘트의 압출과정을 도식화한 것이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 세라믹 입자를 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 지 형태의 세라믹 성형제를 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 골이식재를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 골이식재 표면의 SEM 이미지이다.
도 6은 몰드의 형태를 변화시켜 제조된 다양한 형태의 골 이식재를 나타낸 사진이다.
도 7은 입자의 크기를 달리하여 제조된 지형 골이식재를 나타낸 사진이다.
도 8은 입자의 크기를 달리하여 제조된 블록형 골이식재를 나타낸 사진이다.1 is a schematic diagram of the extrusion process of the primary filament and the secondary filament in the process of manufacturing ceramic particles according to the present invention.
2 is a photograph showing ceramic particles manufactured according to the present invention.
3 is a photograph showing a ceramic molding agent in the form of Ÿ‡ paper manufactured according to the present invention.
4 is a photograph showing a bone graft material prepared according to the present invention.
5 is an SEM image of the surface of the bone graft material prepared according to the present invention.
6 is a photograph showing various types of bone graft material prepared by changing the shape of the mold.
7 is a photograph showing a Ÿ‡ topography bone graft material prepared by varying the size of particles.
8 is a photograph showing a block-type bone graft material prepared by varying the size of particles.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or lexical meanings, and the inventor appropriately explains the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical spirit of the present invention. Therefore, the configuration described in the embodiments described herein is only one of the most preferred embodiments of the present invention and does not represent all of the technical spirit of the present invention, and various equivalents that can replace them at the time of this application It should be understood that there may be variations.
본 발명에서, 용어 ‘골이식재’는 '골충진재', '골대체물', '골지지체'라고도 하며, 생체 내의 골조직의 일부가 결손되거나 보강을 필요로 하는 경우 이식하는 것으로 정의된다.In the present invention, the term'bone graft material' is also referred to as a'bone filler', a'bone substitute', and a'bone supporter', and is defined as transplantation when a part of the bone tissue in the living body is missing or requires reinforcement.
본 발명의 골이식재의 제조방법은, 탄소 필라멘트 코어 및 세라믹 쉘로 이루진 복합체를 1차 압출하여 복수의 1차 필라멘트를 얻는 단계; The method for manufacturing a bone graft material of the present invention comprises the steps of: first extruding a composite composed of a carbon filament core and a ceramic shell to obtain a plurality of primary filaments;
상기 복수의 1차 필라멘트를 내부에 위치시키고, 세라믹 쉘을 외부에 위치시킨 후, 2차 압출하여 2차 필라멘트를 얻는 단계; Placing the plurality of primary filaments therein, positioning the ceramic shell outside, and then extruding them to obtain secondary filaments;
상기 2차 필라멘트를 절단하여 세라믹 입자를 얻는 단계; Cutting the secondary filaments to obtain ceramic particles;
상기 세라믹 입자를 몰드에 주입한 후, 가열하여 세라믹 성형체를 얻는 단계; 및After injecting the ceramic particles into a mold, heating to obtain a ceramic molded body; And
상기 세라믹 성형체를 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And sintering the ceramic molded body.
이하, 본 발명에 따른 제조방법을 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method according to the present invention will be described in detail step by step.
먼저, 탄소 필라멘트 코어 및 세라믹 쉘로 이루진 복합체를 1차 압출하여 복수의 1차 필라멘트를 얻는다. 보다 상세하게는, 홀을 형성하기 위한 탄소 필라멘트 코어 주위로 생체 재료인 세라믹 쉘을 위치시키고, 1차 압출하여 하나의 탄소 코어를 가지는 1차 필라멘트를 형성한다. First, a composite composed of a carbon filament core and a ceramic shell is first extruded to obtain a plurality of primary filaments. More specifically, a ceramic shell, which is a biomaterial, is placed around the carbon filament core for forming a hole, and is first extruded to form a primary filament having one carbon core.
상기 세라믹 쉘은 세라믹 분말 및 결합제의 혼합물로 이루어질 수 있으며, 상기 혼합물은 바람직하게는 전단 혼합기에서 혼합될 수 있다.The ceramic shell may be composed of a mixture of ceramic powder and binder, and the mixture may be preferably mixed in a shear mixer.
상기 생체 재료인 세라믹 분말로는, 그 종류를 특별히 한정하지 않으나 바람직하게는 트리칼슘포스페이트(tricalcium phosphate, TCP), 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite, HAp)를 각각 사용하거나, 이들이 혼합된 바이페이직칼슘포스페이트(biphasic calciumphosphate, BCP)이 사용될 수 있다.The type of the ceramic powder as the biomaterial is not particularly limited, but preferably, tricalcium phosphate (TCP) or hydroxyapatite (HAp) is used, or a mixture of them is bi-phasic calcium phosphate. (biphasic calciumphosphate, BCP) can be used.
또한, 상기 결합제로는, 그 종류를 특별히 한정하지 않으나 바람직하게는 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 폴리에틸렌(polyethylene), 왁스(wax), 폴리프로필렌(polypropylene), 파라핀(praffin) 등을 사용할 수 있고, 가장 바람직하게는 EVA를 사용할 수 있다.In addition, the type of the binder is not particularly limited, but preferably, ethylene vinyl acetate (EVA), polyethylene (polyethylene), wax (wax), polypropylene (polypropylene), paraffin (praffin), etc. may be used, Most preferably, EVA can be used.
또한, 상기 혼합물은 스테아린 산(stearic acid; CH3(CH2)16COOH), 폴리에틸렌 왁스(polyethylene waxes), 산화 폴리에틸렌 왁스(oxidized polyethylene waxes), 에스테르(esters), 아미드(예컨대, oleamide, erucamide), 지방산(예컨대, lauric acid, myristic acid, palmitic acid) 등의 윤활제를 포함할 수 있다.In addition, the mixture is stearic acid (CH 3 (CH 2 ) 16 COOH), polyethylene waxes, oxidized polyethylene waxes, esters, amides (e.g. oleamide, erucamide) , Fatty acids (for example, lauric acid, myristic acid, palmitic acid) and the like.
상기 탄소 필라멘트는 카본 파우더(carbon powder)에 상기 결합제 또는 윤활제를 혼합한 후 압출하여 제조될 수 있다.The carbon filament may be prepared by mixing the carbon powder with the binder or lubricant and then extruding.
상기 결합제 또는 윤활제는 탄소 필라멘트 및 세라믹 쉘의 점성을 유지하기 위해 사용되며, 압출 성형을 하는 동안 미세 구조를 만드는데 기여할 수 있다.The binder or lubricant is used to maintain the viscosities of the carbon filament and ceramic shell, and may contribute to creating a microstructure during extrusion.
탄소 필라멘트 코어 및 세라믹 쉘로 이루진 복합체를 1차 압출하여 복수의 1차 필라멘트를 얻는다. The composite composed of the carbon filament core and the ceramic shell is first extruded to obtain a plurality of primary filaments.
상기 복수의 1차 필라멘트를 얻는 단계에서, 1차 압출 시 1차 필라멘트 외경의 크기를 조절함으로써 최종 골이식재의 공극률을 조절할 수 있다.In the step of obtaining the plurality of primary filaments, it is possible to control the porosity of the final bone graft material by adjusting the size of the outer diameter of the primary filament during primary extrusion.
여기서, 상기 1차 필라멘트는 0.1 ~ 10 mm의 지름 크기 및 1 ~ 50 mm의 길이를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the primary filament may be characterized as having a diameter size of 0.1 ~ 10 mm and a length of 1 ~ 50 mm.
보다 상세하게는, 상기 1차 필라멘트는 0.1 ~ 10 mm의 지름 크기 및 1 ~ 50 mm의 길이를 가질 수 있고, 바람직하게는 0.1 ~ 5 mm의 지름 크기 및 1 ~ 30 mm의 길이를 가질 수 있다.More specifically, the primary filament may have a diameter size of 0.1 to 10 mm and a length of 1 to 50 mm, preferably a diameter size of 0.1 to 5 mm and a length of 1 to 30 mm. .
다음으로, 상기 제조된 복수의 1차 필라멘트를 내부에 위치시키고, 세라믹 쉘을 외부에 위치시킨 후, 2차 압출하여 2차 필라멘트를 얻는다.Next, a plurality of primary filaments prepared above are placed inside, and a ceramic shell is placed outside, followed by secondary extrusion to obtain secondary filaments.
이 때, 내부에 위치시키는 복수의 1차 필라멘트의 수량을 변화시켜, 추후 2차 필라멘트를 절단하여 제조되는 세라믹 입자의 홀의 개수를 조절할 수 있으며, 최종 골이식재의 공극률 및 기계적 강도를 조절할 수 있다.At this time, by changing the quantity of the plurality of primary filaments placed therein, the number of holes of the ceramic particles produced by cutting the secondary filaments can be adjusted later, and the porosity and mechanical strength of the final bone graft material can be controlled.
또한, 내부에 위치시키는 복수의 1차 필라멘트의 직경을 변화시켜, 추후 2차 필라멘트를 절단하여 제조되는 세라믹 입자의 홀의 직경크기를 조절할 수 있으며, 최종 골이식재의 공극률 및 기계적 강도를 조절할 수 있다.In addition, by changing the diameters of the plurality of primary filaments placed therein, the diameters of the holes of the ceramic particles produced by cutting the secondary filaments can be adjusted later, and the porosity and mechanical strength of the final bone graft material can be controlled.
여기서, 상기 2차 필라멘트는 0.1 ~ 50 mm의 지름 크기 및 0.5 ~ 50 mm의 길이를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the secondary filament may be characterized in that it has a diameter size of 0.1 ~ 50 mm and a length of 0.5 ~ 50 mm.
보다 상세하게는, 상기 2차 필라멘트는 0.1 ~ 50 mm의 지름 크기 및 0.5 ~ 50 mm의 길이를 가질 수 있고, 바람직하게는 0.5 ~ 50 mm의 지름 크기 및 1 ~ 30 mm의 길이를 가질 수 있다More specifically, the secondary filament may have a diameter size of 0.1 to 50 mm and a length of 0.5 to 50 mm, preferably a diameter size of 0.5 to 50 mm and a length of 1 to 30 mm.
상기 1차 압출 및 2차 압출은 2 ~ 5 mm/mim의 속도로 진행될 수 있다.The primary extrusion and secondary extrusion may be performed at a speed of 2 to 5 mm/mim.
만일, 압출이 상기 기재된 범위를 벗어난 속도로 진행될 경우 생성된 1차 필라멘트 또는 2차 필라멘트의 강도가 낮아지거나, 압출시 높은 압력이 요구될 수 있다.If the extrusion proceeds at a speed outside the above-described range, the strength of the resulting primary filament or secondary filament may be lowered, or high pressure may be required during extrusion.
이어서, 상기 2차 필라멘트를 절단하여 세라믹 입자를 얻는다. Subsequently, the secondary filament is cut to obtain ceramic particles.
이때, 상기 세라믹 입자는 바람직하게는 0.1 ~ 10 mm의 길이를 갖도록 절단하여 제조될 수 있고, 바람직하게는 0.2 ~ 7 mm의 길이를 갖도록 절단하여 제조될 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.5 ~ 5 mm 길이를 갖도록 절단하여 제조될 수 있다.At this time, the ceramic particles may be preferably cut to have a length of 0.1 to 10 mm, preferably cut to have a length of 0.2 to 7 mm, and more preferably 0.5 to 5 mm. It can be made by cutting to length.
만일, 상기 세라믹 입자의 길이 또는 크기가 너무 짧거나 작으면 입자를 관통하는 홀의 형성이 어려워지고, 세라믹 입자 길이 또는 크기가 너무 길거나 크면 입자 사이의 공간이 많아져 강도의 저하가 문제될 수 있다.If the length or size of the ceramic particles is too short or small, it is difficult to form a hole through the particles, and if the length or size of the ceramic particles is too long or large, space between the particles increases, which may cause a decrease in strength.
상기 세라믹 입자의 길이 또는 크기는 최종 골 이식재의 크기에 따라 적절한 범위내에서 조절될 수 있으며, 2차 필라멘트 압출 시 내부에 위치시키는 복수의 1차 필라멘트의 수량 및 직경을 변화시켜 조절할 수 있다.The length or size of the ceramic particles can be adjusted within an appropriate range according to the size of the final bone graft material, and can be adjusted by changing the quantity and diameter of a plurality of primary filaments placed therein during extrusion of the secondary filaments.
상기 세라믹 입자는 일예로 원기둥의 형태를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The ceramic particles may have a cylindrical shape as an example, but are not limited thereto.
상기 세라믹 입자는 그 길이 또는 크기에 따라 같은 형태의 골이식재라도 공극률, 압축강도 등의 기계적 특성이 달라질 수 있어, 이를 조절함으로써 다양한 기계적 특성을 가진 골이식재를 제조할 수 있다.The ceramic particles may have different mechanical properties, such as porosity and compressive strength, even in the same type of bone graft material according to their length or size, thereby controlling the bone graft material with various mechanical properties.
다음으로, 상기 세라믹 입자를 몰드에 주입한 후, 가열하여 세라믹 성형체를 얻는다.Next, the ceramic particles are injected into a mold, and then heated to obtain a ceramic molded body.
상기 세라믹 입자의 길이 또는 크기는 상기 몰드의 크기와 형태에 따라 적절한 범위내에서 조절될 수 있으며, 2차 필라멘트 압출 시 내부에 위치시키는 복수의 1차 필라멘트의 수량 및 직경을 변화시켜 조절할 수 있다.The length or size of the ceramic particles can be adjusted within an appropriate range according to the size and shape of the mold, and can be adjusted by changing the quantity and diameter of a plurality of primary filaments placed therein during the secondary filament extrusion.
여기서, 상기 세라믹 입자를 몰드에 주입한 후, 가압 조건 하에서 가열하여 세라믹 성형체를 얻을 수 있다.Here, after the ceramic particles are injected into the mold, a ceramic molded body can be obtained by heating under pressure conditions.
상기 몰드는 지형(wedge type), 매트형(mat type), 칩형(chip type), 블록형(block type)등 다양한 형태를 가질 수 있으며, 이를 통해 다양한 형태의 제품 개발이 가능해질 수 있다.The mold may have various forms such as a wedge type, a mat type, a chip type, and a block type, through which various types of product development may be possible. .
세라믹 입자를 몰드에 주입하기 위해, 상기 가열은 30 내지 150℃의 온도에서, 10분 내지 5시간 동안 진행되는 것을 특징으로 할 수 있다.In order to inject the ceramic particles into the mold, the heating may be performed at a temperature of 30 to 150° C. for 10 minutes to 5 hours.
상기 가열은 30 ~ 150℃의 온도에서, 10분 ~ 5시간 동안 진행될 수 있고, 바람직하게는 60 ~ 120℃의 온도에서, 20분 ~ 3시간 동안 진행될 수 있으며, 보다 바람직하게는 70 ~ 100℃의 온도에서, 30분 ~ 2시간 동안 진행될 수 있다.The heating may be performed at a temperature of 30 to 150°C, for 10 minutes to 5 hours, preferably at a temperature of 60 to 120°C, for 20 minutes to 3 hours, more preferably 70 to 100°C At a temperature of 30 minutes to 2 hours.
만일, 30℃ 미만의 온도로 가열될 경우 세라믹 성형체를 형성하기 위한 세라믹 입자간의 결합이 충분히 진행되지 않거나 가열 시간이 길어질 수 있고, 150℃의 온도를 초과하여 가열될 경우 성형체가 변형되거나 불필요한 고온 공정이 요구될 수 있다.If, when heated to a temperature of less than 30 ℃, the bonding between the ceramic particles to form a ceramic shaped body may not proceed sufficiently or the heating time may be long, and when heated above the temperature of 150 ℃, the molded body is deformed or unnecessary high temperature process This may be required.
또한, 10분 미만으로 가열될 경우 세라믹 성형체가 형성되지 않을 수 있고, 5시간을 초과하여 가열될 경우 세라믹 성형체가 변형되거나 공정 시간이 불필요하게 길어질 수 있다.In addition, when heated for less than 10 minutes, a ceramic molded body may not be formed, and when heated for more than 5 hours, the ceramic molded body may be deformed or the process time may be unnecessarily long.
이어서, 상기 세라믹 성형체를 소결하는 단계에 의하여 골이식재를 얻을 수 있다.Subsequently, a bone graft material may be obtained by sintering the ceramic molded body.
여기서, 상기 세라믹 성형체를 소결하는 단계는 500 ~ 1,000℃의 온도에서 1차 소결한 후, 1,000 ~ 1,300℃의 온도에서 2차 소결하여 진행될 수 있다.Here, the step of sintering the ceramic molded body may be performed by primary sintering at a temperature of 500 to 1,000°C, followed by secondary sintering at a temperature of 1,000 to 1,300°C.
보다 상세하게는, 1차 소결은 결합제를 제거하기 위하여 불활성 분위기인 N2 분위기에서 100 ~ 120시간 동안 500 ~ 1,000℃, 바람직하게는 650 ~ 900℃ 온도 범위로 천천히 온도를 올려서 진행할 수 있고, 2차 소결은 대기 분위기에서 1,000 ~ 1,300℃ 온도 범위로 서서히 온도를 올려서 진행함으로써 탄소를 제거하고, 세라믹 입자간의 결합을 증가시킬 수 있다.More specifically, the primary sintering can be carried out by slowly increasing the temperature in a temperature range of 500 to 1,000°C, preferably 650 to 900°C for 100 to 120 hours in an N 2 atmosphere, which is an inert atmosphere, to remove the binder, 2 Secondary sintering can be carried out by gradually raising the temperature in the atmosphere to a temperature range of 1,000 to 1,300°C to remove carbon and increase bonding between ceramic particles.
여기서, 상기의 온도 범위 및 온도 범위에 이르는 소요 시간을 유지함으로써 입자의 변형을 방지하면서 결합제 및 탄소 성분을 제거할 수 있다. 또한, 상기 결합제의 제거를 통하여 입자 내 미세 기공이 형성될 수 있으며, 탄소 성분의 제거를 통하여 입자를 관통하는 홀(hole)을 형성할 수 있다.Here, the binder and the carbon component can be removed while preventing deformation of the particles by maintaining the temperature range and the time required to reach the temperature range. In addition, fine pores in the particle may be formed through the removal of the binder, and a hole through the particle may be formed through the removal of the carbon component.
상기 골이식재의 제조방법은 소결하는 단계 이후 세척단계를 진행할 수 있다.The method for manufacturing the bone graft material may proceed to a washing step after the sintering step.
상기 세척단계는 초음파세척기에 탈이온수를 40 ~ 60℃로 가열한 후, 소결 과정을 거친 골이식재를 넣어 5분씩 2회에 걸쳐 세척하여 진행할 수 있다.The washing step may be performed by heating deionized water to 40 to 60° C. in an ultrasonic cleaner and then washing the bone graft material through a sintering process twice for 5 minutes.
이후, 세척된 골이식재는 60 ~ 100℃ 오븐에서 1 ~ 3일간 완전히 건조시킬 수 있다.Thereafter, the washed bone graft material may be completely dried in an oven at 60 to 100°C for 1 to 3 days.
상기 골이식재는 입자 전체를 관통하는 홀(hole)이 복수로 형성된 세라믹 입자를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The bone graft material may be characterized by including ceramic particles having a plurality of holes (holes) penetrating the entire particle.
상기 세라믹 입자의 홀은 50 ~ 1,000㎛의 직경 크기를 가질 수 있고, 바람직하게는 50 ~ 700㎛의 직경을 가질 수 있으며, 보다 바람직하게는 100 ~ 300㎛의 직경을 가질 수 있다. The hole of the ceramic particles may have a diameter size of 50 ~ 1,000㎛, preferably may have a diameter of 50 ~ 700㎛, more preferably may have a diameter of 100 ~ 300㎛.
여기서, 세라믹 입자의 홀이 상기 기재된 직경 미만으로 형성되는 경우, 골조직세포가 기공속으로 충분히 침투되기 어려워 골세포의 증식율이 낮아지고, 상기 기재된 직경을 초과하여 형성되는 경우 내부 공간에 의한 골강도의 저하가 문제될 수 있다.Here, when the hole of the ceramic particles is formed below the diameter described above, it is difficult for the bone tissue cells to penetrate sufficiently into the pores, and thus the proliferation rate of the bone cells is lowered, and when the hole is formed above the diameter described above, the bone strength is decreased by the internal space. Can be a problem.
상기 세라믹 입자의 홀의 크기는 상기 탄소 필라멘트 코어의 크기에 의하여 조절될 수 있다.The size of the hole of the ceramic particles can be controlled by the size of the carbon filament core.
상기 세라믹 입자는 일예로 원기둥의 형태를 가질 수 있고, 상기 복수의 홀은 원기둥의 윗면과 아랫면을 관통하도록 채널 형태로 수직으로 형성될 수 있으나, 입자 전체를 관통하는 복수의 홀이 형성될 수 있다면 세라믹 입자의 형태는 이에 한정되지 아니한다.The ceramic particles may have a cylindrical shape as an example, and the plurality of holes may be vertically formed in a channel shape to penetrate the upper and lower surfaces of the cylinder, but if a plurality of holes penetrating the entire particle can be formed The shape of the ceramic particles is not limited to this.
또한, 상기 세라믹 입자는 3 ~ 20개의 홀을 포함할 수 있으며, 상황에 따라 적합한 수로 조절되어 포함할 수 있다.In addition, the ceramic particles may include 3 to 20 holes, and may be adjusted to a suitable number according to the situation.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be capable of various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical spirits within the equivalent range should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시 예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for explaining the present invention in more detail, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention. .
<실시예 1> 골이식재의 제조<Example 1> Preparation of bone graft material
먼저, β-TCP(β-Tricalcium phosphate) 분말을 준비하고, 필라멘트의 제조를 위하여 카본 파우더(carbon powder, 15㎛, Aldrich, USA)를 준비하였다. First, β-TCP (β-Tricalcium phosphate) powder was prepared, and carbon powder (15 μm, Aldrich, USA) was prepared for the production of filaments.
또한, 결합제로 EVA(ethylene vinyl acetate) (ELVAX 210 및 250, Dupont, USA)를 사용하였고, 윤활제로 스테아르산 (Daejung Chemicals & Metals Co. Korea)을 사용하였다.In addition, EVA (ethylene vinyl acetate) (ELVAX 210 and 250, Dupont, USA) was used as a binder, and stearic acid (Daejung Chemicals & Metals Co. Korea) was used as a lubricant.
전단 믹서(Shear mixer) 공정을 (Shina Platec, Korea) 이용하여 세라믹 쉘(β-TCP 48 vol%/EVA 42vol%/스테아르산 10 vol%) 및 탄소 필라멘트 코어(카본 48 vol%/EVA 42 vol%/스테아르산 10 vol%)를 제조하였다.Ceramic shell (β-TCP 48 vol%/EVA 42 vol%/stearic acid 10 vol%) and carbon filament core (carbon 48 vol%/EVA 42 vol%) using a shear mixer process (Shina Platec, Korea) / Stearic acid 10 vol%) was prepared.
이어서, 탄소 필라멘트 코어를 감싸는 형태로 세라믹 쉘을 위치시키고 압출 다이에서 3 mm/mim의 속도로 압출 과정을 수행하여 1차 필라멘트를 압출하고, 7개의 1차 필라멘트를 2개의 세라믹 쉘로 감싼 후 3 mm/mim의 속도로 2차 압출을 진행하여 2차 필라멘트를 얻었다(도 1 참조).Subsequently, the ceramic shell was placed in a form surrounding the carbon filament core, and the extrusion die was extruded at a speed of 3 mm/mim to extrude the primary filament, and the 7 primary filaments were wrapped with 2 ceramic shells, and then 3 mm. Secondary extrusion was performed at a rate of /mim to obtain secondary filaments (see FIG. 1).
다음으로, 상기 2차 필라멘트를 0.7 mm 길이로 절단하여 세라믹 입자를 얻었다(도 2 참조).Next, the secondary filament was cut to a length of 0.7 mm to obtain ceramic particles (see FIG. 2).
이어서, 상기 세라믹 입자들을 지 형태의 몰드에 채운 다음 가압 조건하에 80℃에서 1시간 동안 가열하여 세라믹 성형체를 얻었다(도 3 참조).Subsequently, the ceramic particles were filled into a mold in the form of Ÿ‡ paper and then heated at 80° C. for 1 hour under pressurized conditions to obtain a ceramic molded body (see FIG. 3 ).
얻어진 세라믹 성형체는 결합제 제거를 위해 N2 분위기에서 800℃로 천천히 온도를 올려서 5일 동안 1차 열처리를 수행하여 탈지하였다.The obtained ceramic molded body was degreased by performing a primary heat treatment for 5 days by slowly raising the temperature to 800° C. in an N 2 atmosphere to remove the binder.
다음, 공기 분위기하에서 1,100 ℃에서 열처리를 수행하여 탄소 성분을 완전히 제거하여 평균적으로 약 300 ㎛의 직경을 갖는 홀을 형성시켰으며, 세라믹 입자간 결합을 강화시켜 강도를 증대시켰다(도 4 참조).Next, heat treatment was performed at 1,100° C. under an air atmosphere to completely remove the carbon component to form a hole having a diameter of about 300 μm on average, and strength was increased by strengthening the bonding between the ceramic particles (see FIG. 4 ).
이후, 초음파세척기에 탈이온수를 넣고 50℃로 가열한 후, 얻어진 골이식재를 넣어 5분간 2회에 걸쳐 세척하고, 80℃ 오븐에서 2일간 완전히 건조시켰다.Thereafter, deionized water was added to an ultrasonic cleaner, heated to 50° C., and then the obtained bone graft material was added, washed twice for 5 minutes, and completely dried in an oven at 80° C. for 2 days.
<실험예 1> 골이식재의 표면 형상 측정<Experimental Example 1> Measurement of surface shape of bone graft material
상기 실시예 1에서 제조한 골이식재의 표면 형상을 SEM으로 측정하여 도 5에 나타내었다.The surface shape of the bone graft material prepared in Example 1 was measured by SEM and is shown in FIG. 5.
도 5에 나타난 바와 같이, 실시예 1에 의해 제조된 골이식재는 관통하는 홀(hole)이 복수로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 5, it was confirmed that the bone graft material prepared in Example 1 was formed with a plurality of through holes.
<실험예 2> 골이식재의 공극률 측정<Experimental Example 2> Porosity measurement of bone graft material
상기 실시예 1에서 제조한 골이식재의 공극률을 측정하였다.The porosity of the bone graft material prepared in Example 1 was measured.
그 결과, 실시예 1에 의하여 제조된 골이식재의 공극률은 60% 정도의 결과값을 나타내는 것으로 확인되었다.As a result, it was confirmed that the porosity of the bone graft material prepared in Example 1 showed a result value of about 60%.
Claims (9)
상기 복수의 1차 필라멘트를 내부에 위치시키고, 세라믹 쉘을 외부에 위치시킨 후, 2차 압출하여 2차 필라멘트를 얻는 단계;
상기 2차 필라멘트를 절단하여, 0.5 ~ 5 mm의 길이를 가지며 입자 전체를 관통하는 직경 50 ~ 1,000㎛의 홀(hole)이 복수로 형성된 세라믹 입자를 얻는 단계;
상기 세라믹 입자를 몰드에 주입한 후, 30 ~ 150℃의 온도에서, 10분 ~ 5시간 동안 가열하여 세라믹 성형체를 얻는 단계; 및
상기 세라믹 성형체를 650 ~ 900℃의 온도에서 100 ~ 120 시간 동안 1차 소결한 후, 1,000 ~ 1,300℃의 온도에서 2차 소결하여 골이식재를 얻는 단계를 포함하고,
상기 골이식재는 상기 입자 전체를 관통하는 홀과, 입자 사이의 기공이 3차원적으로 랜덤하게 형성되는 것을 특징으로 하는 골이식재의 제조방법.
First extruding a composite composed of a carbon filament core and a ceramic shell to obtain a plurality of primary filaments;
Placing the plurality of primary filaments therein, positioning the ceramic shell outside, and then extruding them to obtain secondary filaments;
Cutting the secondary filament to obtain ceramic particles having a length of 0.5 to 5 mm and having a plurality of holes having a diameter of 50 to 1,000 μm penetrating the entire particle;
After injecting the ceramic particles into a mold, heating at a temperature of 30 to 150° C. for 10 minutes to 5 hours to obtain a ceramic molded body; And
The first step of sintering the ceramic molded body at a temperature of 650 ~ 900 ℃ for 100 ~ 120 hours, and secondly sintering at a temperature of 1,000 ~ 1,300 ℃ to obtain a bone graft material,
The bone graft material is a method for manufacturing a bone graft material, characterized in that the hole passing through the entire particle and the pores between the particles are randomly formed in three dimensions.
상기 압출은 2 ~ 5 mm/mim의 속도로 진행되는 것을 특징으로 하는 골이식재의 제조방법.
According to claim 1,
The extrusion method of the bone graft material, characterized in that proceeds at a speed of 2 ~ 5 mm / mim.
상기 1차 필라멘트는 0.1 ~ 10 mm의 지름 크기 및 1 ~ 50 mm의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 골이식재의 제조방법.
According to claim 1,
The primary filament is a method of manufacturing a bone graft material characterized in that it has a diameter size of 0.1 to 10 mm and a length of 1 to 50 mm.
상기 2차 필라멘트는 0.1 ~ 50 mm의 지름 크기 및 0.5 ~ 50 mm의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 골이식재의 제조방법.
According to claim 1,
The secondary filament is a method of manufacturing a bone graft material characterized in that it has a diameter size of 0.1 to 50 mm and a length of 0.5 to 50 mm.
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KR1020180016478A KR102123540B1 (en) | 2018-02-09 | 2018-02-09 | Method for preparing bone grafting substitutes comprising ceramic granules |
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