KR102210226B1 - 세라믹 및 은 세라믹-은 점토 혼합물을 포함하는 인공뼈 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 세라믹 및 은 세라믹-은 점토 혼합물을 포함하는 인공뼈 제조 방법에 관한 것으로서, (a) 세라믹 분말 85중량% ~ 95중량%을 반죽하는 단계와, (b) 상기 세라믹 반죽을 숙성하는 단계와, (c) 숙성된 상기 세라믹 반죽과 은 점토 15중량% ~ 5중량%을 혼합하는 단계와, (d) 상기 세라믹-은 점토 혼합물 표면에 세라믹 페이스트를 도포하는 단계와, (e) 상기 세라믹 페이스트가 도포된 상기 세라믹-은 점토 혼합물을 1차 소성 가공하는 단계와, (f) 1차 소성 가공된 상기 세라믹-은 점토 혼합물을 2차 소성 가공하는 단계와, (g) 2차 소성된 상기 세라믹-은 점토 혼합물 내부 및 외부에 유약을 도포하는 단계와, (h) 상기 세라믹-은 점토 혼합물 내부 및 외부에 은 페이스트를 도포하는 단계와, (i) 상기 세라믹-은 점토 혼합물을 3차 소성하는 단계와, (j) 3차 소성된 세라믹-은 점토 혼합물 표면을 마그네슘 코팅하는 단계와, (k) 표면에 마그네슘을 코팅한 상기 세라믹-은 점토 혼합물을 4차 소성 가공하는 단계 및 (l) 상기 세라믹-은 점토 혼합물 내부에 중앙 지주대를 설치하고, 상기 중앙 지주대 상에 인공 치아가 설치되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

세라믹 및 은 세라믹-은 점토 혼합물을 포함하는 인공뼈 제조 방법{METHOD FOR THE ARTIFICIAL BONE}

본 발명은 세라믹 및 은 세라믹-은 점토 혼합물을 포함하는 인공뼈 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 은나노가 포함되어 강도가 향상된 세라믹 및 은 세라믹-은 점토 혼합물을 포함하는 인공뼈 제조 방법에 관한 것이다.

의료적 치료를 목적으로 사용되는 인공뼈의 대표적인 재료로는 금속, 세라믹 및 티타늄 등이 있다. 이들 재료는 인체 내 손상된 부위를 대체 또는 수복하기 위해, 치료 중인 조직을 지지 또는 부착시키기 위하여 고정시키거나 특정 조직을 이웃한 다른 조직으로부터 분리시키기 위한 용도로 사용되며, 체내에 삽입되는 특성상 생체적합성, 혈액적합성 및 혈액 이외의 생체 조직이나 세포와 접촉하는 조직적 합성이 요구되므로 임플란트에 사용되는 재료는 매우 제한적이다.

특히, 치과 치료에 사용되는 임플란트의 경우 기계적 성질 및 가공성이 우수하다는 이유로 티타늄과 같은 금속으로 성형되어 사용되고 있다. 그러나, 티타늄 재질의 금속으로 형성된 임플란트의 경우 응력차폐현상(stress shielding), 이미지 왜곡(image degradation) 및 임플란트 이동(implant migration) 등의 단점이 있었다. 응력차폐현상이란 인체 뼈와 탄성계수차이가 심해 골조직에 응력이 적게 가해지는 현상으로, 응력이 적게 가해지면 골조직을 불필요한 부분으로 인식해 파골세프를 활성화시켜 골조직을 용해시키고, 부식에 의해 녹아나온 티타늄 금속이온이 혈액을 타고 전신에 퍼져 각종질병을 일으키거나 수술 후 이식부위와 분리돼 쉽게 나사가 빠지는 문제점이 발생한다.

또한 세라믹 임플란트의 경우 생체적합성은 상대적으로 우수하지만 외부 충격에 쉽게 파손되며, 가공이 어렵다는 단점이 있었다.
위와 같이 티타늄 또는 티타늄 합금 소재를 사용할 경우 단점과 지르코니아 등 세라믹 소재를 사용할 경우의 단점은 한국 등록특허 10-0912272 "치과용 세라믹 임플란트 고정체 및 그 제조방법"에 기재되어 있다.

더불어, 티타늄으로 가공된 임플란트의 경우 음식물에 포함된 인산, 수산에 의해 부식이 발생된다는 문제점이 있으며, 환자의 잇몸에서 발생한 염증과 반응하여 잇몸이 삭는 등의 문제점이 있었다.

한편, 일반적으로 임플란트는 시술 후 일정 기간이 지나 잇몸에서 제거해야 하는데, 이와 같이 임플란트를 제거하는 과정이 필요 없는 마그네슘 성분의 생분해성 임플란트를 사용하기도 한다. 그러나, 상기 마그네슘 성분의 생분해성 임플란트는 강도가 매우 낮고, 수명이 짧다는 단점이 있었다.

더욱이, 생분해성 임플란트를 구성하는 마그네슘은 녹는점이 650°C로 낮아 소성 성형이 어렵다는 단점이 있었다. 마그네슘 합금 소재를 사용하는 기술은 한국 등록특허 10-0929133 "생체분해성 금속을 포함하는 임플란트 및 이의 제조방법"에 기재되어 있다.
위 단점을 보완하기 위해 경도와 강도가 강화된 은점토와 세라믹이 혼합된 성형물을 고정체로 만들어 부러지는 단점을 보강할 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 강도가 향상되고, 외부 충격 발생 시, 파손을 최소화하는 세라믹 및 은 세라믹-은 점토 혼합물을 포함하는 인공뼈 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
은의 천연 항균 항생 효능에 의해 염증을 완화하고, 마그네슘을 코팅하여 인체 뼈의 부족을 채우고, 본 출원인의 선행 특허인 한국 등록특허 10-0518187 "귀금속 점토 조성물 및 이를 이용한 귀금속 소결품 및 그 제조방법"에 기재되어 있는 은점토가 가소성이 풍부하고 잘 마르지 않으며 성형이 자유롭고 잘 터지지 않으면서 소성이 되어 세라믹 점토와 비교적 혼합이 용이하고 가공이 쉬운 장점을 이용한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 세라믹 및 은 세라믹-은 점토 혼합물을 포함하는 인공뼈 제조 방법은, (a) 세라믹 분말 85중량% ~ 95중량%을 반죽하는 단계와, (b) 상기 세라믹 반죽을 숙성하는 단계와, (c) 숙성된 상기 세라믹 반죽과 은 점토 15중량% ~ 5중량%을 혼합하는 단계와, (d) 상기 세라믹-은 점토 혼합물 표면에 세라믹 페이스트를 도포하는 단계와, (e) 상기 세라믹 페이스트가 도포된 상기 세라믹-은 점토 혼합물을 1차 소성 가공하는 단계와, (f) 1차 소성 가공된 상기 세라믹-은 점토 혼합물을 2차 소성 가공하는 단계와, (g) 2차 소성된 상기 세라믹-은 점토 혼합물 내부 및 외부에 유약을 도포하는 단계와, (h) 상기 세라믹-은 점토 혼합물 내부 및 외부에 은 페이스트를 도포하는 단계와, (i) 상기 세라믹-은 점토 혼합물을 3차 소성하는 단계와, (j) 3차 소성된 세라믹-은 점토 혼합물 표면을 마그네슘 코팅하는 단계와, (k) 표면에 마그네슘을 코팅한 상기 세라믹-은 점토 혼합물을 4차 소성 가공하는 단계 및 (l) 상기 세라믹-은 점토 혼합물 내부에 중앙 지주대를 설치하고, 상기 중앙 지주대 상에 인공 치아가 설치되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 과제해결 수단에 의해 본 발명은 인체와의 생체적 합성 효율이 높은 세라믹을 주 구성으로 하고, 강도와 항균성이 높은 은을 함유시켜 임플란트를 제조함에 따라, 환자에 이식된 임플란트와 환자와의 이식 부적응 정도를 최소화하고 염증유발을 완화하여 부작용 없이 조기에 뼈 이식이 안착되어 통증없이 빠른 치료 효과를 볼 수 있다.

또한, 본 발명은 외부 충격에 약한 세라믹 분말에 은 점토를 혼합하여 임플란트를 제작함에 따라 제작된 임플란트의 경도를 강화시킬 수 있는 효과가 있다.

하기의 설명에서 본 발명의 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있는데, 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

이하 설명의 앞서, 본 발명의 실시예의 세라믹 및 은 세라믹-은 점토 혼합물을 포함하는 인공뼈 제조 방법은 치과 치료에서 사용되는 임플란트를 제조하는 방법을 예를 들어 설명하지만, 치과 치료 이외에 인공뼈가 사용되는 치료의 인공뼈를 제조할 수 있음은 물론이다.

본 발명의 세라믹 및 은 세라믹-은 점토 혼합물을 포함하는 인공뼈 제조 방법은, 우선 85중량% ~ 95중량%의 세라믹 분말을 반죽한다.

상기 세라믹 분말은 마그네슘, 철분, 알루미나, 칼리, 칼슘, 티타늄, 실리카, 미네랄 및 다양한 효소를 포함하는 백토로 구성될 수 있으며, 이외에도 치과 치료에서 사용되는 임플란트 재료 중 하나로 백류석(leucite)-함유 산화 세라믹 또는 백류석-불포함 산화 세라믹, 장석(feldspar) 세라믹 등으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있지만, 세라믹 분말의 재료는 발명의 조건에 따라 변경될 수 있다.

이때 세라믹 분말은 세라믹 분말과 혼합되는 은 점토 비율에 따라 결정될 수 있다.

상기 세라믹 분말 반죽 시, 1중량% ~ 3중량%의 아마인 오일과, 1중량% ~ 5중량%의 해바라기 오일, 3중량% ~ 7중량% 리그닌(Lignin)이 혼합된 식물성 바인더를 함께 혼합한다. 상기 식물성 바인더는 후술할 은 점토와 혼합 시, 세라믹-은 점토 혼합물이 건조되는 것을 방지하며, 세라믹-은 점토 혼합물이 소성 가공될 때, 세라믹-은 점토 혼합물이 파열, 깨지는 것을 방지할 수 있다.

상기 세라믹 분말을 반죽하면 반죽된 세라믹 반죽을 숙성하고, 숙성된 세라믹 반죽은 15중량% ~ 5중량%의 은 점토와 혼합될 수 있다.

상기 세라믹 반죽과 혼합되는 은 점토는 90중량% 이상 95중량% 이하의 은 분말과, 5중량% 이상 10중량% 이하의 식물성 오일 첨가제로 구성된다.

보다 자세하게, 은 점토는 90중량% 이상 95중량%의 은 파우더 나노 입자 1미크론(micron)에서 350미크론(micron)으로 구성되고, 식물성 오일 첨가제는 5중량% 이상 10중량%의 해바라기오일과, 3중량% 이상 7중량%의 아마인 오일이 혼합되어 구성될 수 있다.

상기 해바라기 오일 및 아마인 오일은 은 파우더가 점토화될 때 겔(gel)화 되어 가소성을 유지할 수 있으며, 은 점토 층의 균열을 방지하는 효과가 있다.

또한, 상기 해바라기 오일 및 아마인 오일은 은 점토 성분 전체의 2중량% ~ 3중량%만 함유되는 것이 바람직하지만, 상기 오일 성분의 중량을 조건에 따라 변경될 수 있다.

더불어, 본 발명의 실시예에서는 해바라기 오일 및 아마인 오일이 은 파우더 내에 투입되는 예를 들지만, 다르게는 식물성 오일 중 어느 하나의 오일이 투입될 수 있음은 물론이다.

한편, 은 파우더와 상기 식물성 오일이 혼합될 때, 은 점토의 성질을 보다 개선하기 위해, 젤라틴, 리그닌, 펄프. 젯소 송진 등이 함께 혼합될 수도 있다.

이하, 본 발명의 실시예의 임플란트는 90중량%의 세라믹 분말과, 10중량%의 은 점토가 혼합된 구성을 기준으로 설명하기로 하지만 임플란트를 구성하는 구성비율은 조건에 따라 변경될 수 있음은 물론이다.

상기 구성에 따라 세라믹-은 점토를 혼합하면, 혼합된 세라믹-은 점토 혼합물 외면에 세라믹 페이스트(paste)를 도포한다.

상기 세라믹 페이스트는 세라믹-은 점토 혼합물을 고온에서 소성 가공할 때, 은 점토가 녹게 되는데 이 과정에서 은 성분이 세라믹-은 점토 혼합물에서 배출되는 것을 방지하는 역할을 한다.

상기와 같이 세라믹-은 점토 혼합물 표면에 세라믹 페이스트를 도포하면, 나사 형상의 성형틀에서 세라믹-은 점토 혼합물을 1차로 고온에서 소성 가공할 수 있다. 이때, 세라믹-은 점토 혼합물을 소성 가공하는 온도는 은의 녹는점보다 낮은 900°C이하로 설정한 뒤 가공한다.

상기 세라믹-은 점토 혼합물이 소성 가공되면, 환자의 치아 형상에 맞추어 형상을 일부 수정한다. 이때, 치아의 위치에 따라 만들어진 앞니용, 어금니용, 송곳니용의 샘플에 따라 제조된 임플란트의 길이 및 형상을 조절할 수 있다.

상기 세라믹-은 점토 혼합물의 형상을 수정한 뒤, 세라믹-은 점토 혼합물을 2차로 고온에서 소성 가공할 수 있다. 이때 세라믹-은 점토 혼합물을 소성 가공하는 온도는 1200°C 이상 1300°C 미만의 온도에서 소성 가공할 수 있다.

상기 세라믹-은 점토 혼합물이 소성 가공되면, 소성 가공된 세라믹-은 점토 혼합물 내, 외부에 유약을 도포한다. 상기 유약은, 세라믹의 표면에 융착시킨 얇은 피막으로 유리와 마찬가지로 일정한 화학 조정을 지니지 않는다. 상기 유약을 도포함에 따라, 가공된 세라믹-은 점토 혼합물 표면을 싸서 신체, 입 속 내부의 액체, 기체가 투과하여 임플란트, 인공뼈가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 소성된 세라믹-은 점토 혼합물 표면에 저화도 유약을 도포하면, 후술할 소성된 세라믹-은 점토 혼합물의 표면에 도포하는 은 페이스트의 벗겨짐을 방지할 수 있게 된다.

이때, 상기 가공된 세라믹-은 점토 혼합물 내, 외부에 도포하는 유약은 세라믹-은 점토 혼합물 표면에 도포되는 유약은 800°C 이상 1000°C 미만의 온도가 낮은 저화도 유약이 될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에서 사용되는 저화도 유약은 붕산, frit 및 규산이 결합된 유리질 고화도-석회, 장석, 규산을 주성분으로 하는 유리질 중 어느 하나일 수 있으며, 사용되는 저화도 유약의 종류는 조건에 따라 변경될 수 있다.

상기 소성된 세라믹-은 점토 혼합물 표면에 저화도 유약 도포 후 소성된 세라믹-은 점토 혼합물의 내, 외부에 은 페이스트를 도포한다. 상기 은 페이스트는 소성된 세라믹-은 점토 혼합물의 경도를 향상시킬 수 있으며, 은의 항생역할에 의해 잇몸의 염증부위를 치료하는 역할을 할 수 있다.

상기 은 페이스트가 도포된 소성된 세라믹-은 점토 혼합물을 3차 소성 가공한다. 이때, 소성 가공 온도는 은의 녹는점인 960°C 보다 낮은 900°C 이하의 온도로 시행될 수 있다.

한편, 세라믹-은 점토 혼합물에 도포하는 유약 및 은 페이스트는 혼합되어 세라믹-은 점토 혼합물에 도포할 수 있다. 이때, 유약과 은 페이스트 혼합물은 약 3:7의 비율로 혼합되어 사용될 수 있다.

상기와 같이 유약 및 은 페이스트 혼합물을 사용할 경우 유약과, 은 페이스트를 각각 도포하는 시간 및 작업 공수를 줄일 수 있다는 효과가 있다. 더불어, 유약 및 은 페이스트 혼합물을 세라믹-은 점토 혼합물에 도포할 경우 은이 쉽게 벗어지지 않고, 강도가 증가한다는 장점이 있다.

상기 3차 소성 가공 시, 소성 가공된 세라믹-은 점토 혼합물의 표면에 하얀 은 분말이 배출될 수 있으며, 배출된 은 분말은 광솔을 이용하여 털어내어 씻어낸 후 이후 단계를 진행할 수 있다.

이후, 소성 가공된 세라믹-은 점토 혼합물의 외부에 산화마그네슘으로 코팅할 수 있다. 상기 산화마그네슘은 분사되는 성형된 임플란트가 환자 잇몸에 이식될 때, 주변 치아와 융합되는 용도이며, 보다 자세하게, 제작이 완료된 임플란트가 환자의 잇몸에 삽입되어도 임플란트의 이식 부담감 없이 환자 잇몸에 삽입될 수 있게 할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 소성된 세라믹-은 점토 혼합물의 표면에 산화마그네슘을 코팅하는 예를 들지만, 산화마그네슘 이외에 산화마그네슘페이스트를 도포할 수도 있다.

상기 산화마그네슘 페이스트 도포 시,

상기 소성된 세라믹-은 점토 혼합물 표면에 산화마그네슘을 코팅한 뒤 소성된 세라믹-은 점토 혼합물을 마그네슘의 녹는점보다 낮은 650°C 미만의 온도로 소성 가공할 수 있다.

이후, 세라믹-은 점토 혼합물 내부에 중앙 지주대를 순은 나사로 제작한다. 상기 중앙 지주대를 순은이 혼합되도록 형성함에 따라, 치아 중앙의 강도가 강해지게 할 수 있으며, 순은의 휘어지는 성질에 의하여 치아가 부러지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 일반적으로 인공 치아가 흰색이므로, 흰색의 인공치아 중앙에 같은 계열 색상인 은으로 구현된 중앙 지주대를 설치함에 따라 치아 전체적인 색상이 주변의 치아와 어울러져 치아 전체의 심미감이 향상될 수 있게 된다.

이때, 상기 중앙 지주대는 은 분말 90중량% ~ 95중량%과, 오일 첨가제 5중량% ~ 10중량%을 혼합하여 제조될 수 있다.

상기와 같이 인공뼈를 포함하는 임플란트를 세라믹을 주 구성으로 하여 제조함에 따라, 제작된 임플란트가 환자의 잇몸에 이식된 후에 부식이 발생하는 것을 방지하여 임플란트와 인체와의 생체적 합성 효율이 향상될 수 있다.

특히, 외부 충격에 약하다는 세라믹의 단점을 은이 보완하게 되어 경질의 임플란트를 제공하는 효과를 발생시킬 수 있게 된다.

또한, 은 점토의 은 성분이 충치, 잇몸병의 독소를 소멸시켜 치아의 건강을 도모할 수 있는 효과를 발생시킬 수도 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

Claims (6)

1. (a) 세라믹 분말 85중량% ~ 95중량%을 반죽하는 단계;
   (b) 상기 세라믹 반죽을 숙성하는 단계;
   (c) 숙성된 상기 세라믹 반죽과 은 점토 15중량% ~ 5중량%을 혼합하는 단계;
   (d) 상기 세라믹-은 점토 혼합물 표면에 세라믹 페이스트를 도포하는 단계;
   (e) 상기 세라믹 페이스트가 도포된 상기 세라믹-은 점토 혼합물을 1차 소성 가공하는 단계;
   (f) 1차 소성 가공된 상기 세라믹-은 점토 혼합물을 2차 소성 가공하는 단계;
   (g) 2차 소성된 상기 세라믹-은 점토 혼합물 내부 및 외부에 유약을 도포하는 단계;
   (h) 상기 세라믹-은 점토 혼합물 내부 및 외부에 은 페이스트를 도포하는 단계;
   (i) 상기 세라믹-은 점토 혼합물을 3차 소성하는 단계;
   (j) 3차 소성된 세라믹-은 점토 혼합물 표면을 마그네슘 코팅하는 단계;
   (k) 표면에 마그네슘을 코팅한 상기 세라믹-은 점토 혼합물을 4차 소성 가공하는 단계; 및
   (l) 상기 세라믹-은 점토 혼합물 내부에 중앙 지주대를 설치하고, 상기 중앙 지주대 상에 인공 치아가 설치되는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 및 은 세라믹-은 점토 혼합물을 포함하는 인공뼈 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 (e) 단계에서,
   상기 세라믹-은 점토 혼합물을 900°C 이하의 온도로 소성 가공하는 것을 특징으로 하는 세라믹 및 은 세라믹-은 점토 혼합물을 포함하는 인공뼈 제조 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 (f) 단계에서,
   상기 세라믹-은 점토 혼합물을 1200°C 이상 1300°C 미만의 온도로 소성 가공하는 것을 특징으로 하는 세라믹 및 은 세라믹-은 점토 혼합물을 포함하는 인공뼈 제조 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 (g) 단계에서,
   상기 세라믹-은 점토 혼합물 내부 및 외부에 저화도 유약을 도포하는 것을 특징으로 하는 세라믹 및 은 세라믹-은 점토 혼합물을 포함하는 인공뼈 제조 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 (c) 단계 및 상기 (l) 단계에서,
   상기 은 점토는,
   은 분말 90중량% ~ 95중량%과, 오일 첨가제 5중량%~ 10중량%을 혼합하여 제조된 것을 특징으로 하는 세라믹 및 은 세라믹-은 점토 혼합물을 포함하는 인공뼈 제조 방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 (l) 단계에서,
   상기 중앙 지주대는, 은 분말 90중량% ~ 95중량%과, 오일 첨가제 5중량% ~ 10중량%을 혼합하여 제조된 것을 특징으로 하는 세라믹 및 은 세라믹-은 점토 혼합물을 포함하는 인공뼈 제조 방법.