KR102491532B1 - 마그네슘이온이 함유된 메조다공성 하이드록시에퍼타이트 나노입자의 제조방법 - Google Patents

마그네슘이온이 함유된 메조다공성 하이드록시에퍼타이트 나노입자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

바이오 폐기물을 원료로 하고 생체 적합성 Mg이온이 보강된 메조다공성 하이드록시에퍼타이트 나노입자의 제조방법이 제공된다. Mg이온이 함유된 메조다공성 하이드록시에퍼타이트 나노입자의 제조방법은, 홍합(학명: Mytilus edulis)을 분쇄하여 칼슘 분말을 얻는 단계; 상기 칼슘 분말을 염산(HCl)으로 용해하는 단계; 상기 용액에 질산 마그네슘(Magnesium nitrate)을 혼합하는 단계; 상기 혼합물에 계면활성제를 혼합하는 단계; 상기 혼합물에 인산염을 추가하여 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 강염기로 처리하는 단계; 및 상기 최종 혼합물을 상온에서 에이징하는 단계를 포함한다.

Description

마그네슘이온이 함유된 메조다공성 하이드록시에퍼타이트 나노입자의 제조방법 {Preparation Method for Magnesium-doped Mesoporous Hydroxyapatite Nano particles}
본 발명은 마그네슘이온이 함유된 메조다공성 하이드록시에퍼타이트 나노입자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 바이오 폐기물인 홍합(Blue mussel, 학명: Mytilus edulis)을 원료로 하여 생체 적합성 마그네슘이온이 보강된 메조다공성 하이드록시에퍼타이트 나노입자의 제조방법에 관한 것이다.
자성 나노입자는 질병 진단용 바이오 센서(bio-sensor), MRI조영제(Contrast Agents), 온열치료(hyperthermia), 약물전달체계(drug delivery system) 등의 원료 물질로서, 부작용을 줄일 수 있는 안전한 의료 기술을 제공함과 동시에, 빠른 진단 및 치료 결과의 획득과 높은 정확도, 및 완치도 등과 같은 의학적 기술의 요구 조건을 동시에 해결할 수 있어서 최근 바이오 및 의료분야에서 주목을 받고 있다.
최근에 많은 자성 나노입자가 의료 응용분야의 전향적 재료로서 개발되고 있다. 그러나, 대부분은 잠재적인 생체 내 독성 문제가 있는 것으로 알려졌다.
한편, 하이드록시에퍼타이트(Hydroxyapatite:수산화인회석, 이하 "HAp"라 약칭함), Ca10(PO4)6(OH)2는 인산 칼슘 계열로 생체적합성이 우수하기 때문에 생체의료용 또는 산업용 세라믹 재료의 원료로서의 사용이 점점 더 많아지고 있다.
현재 HAp 나노입자 합성에 있어서의 가장 큰 문제 중의 하나는 제조시 고가의 화학물질을 사용함에 따라 발생하는 생산단가의 문제이다. 이를 해결하기 위하여는 비교적 저렴한 원료를 사용하여 생산비를 절감할 필요가 있다.
아울러, 예를 들면 치과 임플란트 등의 수술 후 접착이 강하게 되지 않음으로 인한 미생물 감염 등으로 임플란트 주위 점막염 또는 주위염 등과 같은 여러 부작용 및 수술 후유증이 발생하는 점을 개선하기 위해, 항생제 역할을 할 수 있는 HAp 소재가 필요한 실정이다.
상기와 같은 HAp 소재를 합성하기 위한 방법으로서, 탄산칼슘을 전구체로 하고 이를 HAp 소재로 전환시키는 방법이 다수 연구되고 있다.
탄산칼슘은 조개의 외골격(패각), 계란 껍질(난각), 생선 뼈, 산호등을 구성하는 재료로서, 이 중, 산호를 제외한 조개 껍데기, 계란 껍질, 생선 뼈 등은 음식으로서 다량 소비되고 있고, 그로 인해 다량의 바이오 폐기물로서 종말처리되고 있는 상황이므로, 매우 흔하게 구할 수 있기 때문에, 이를 원료로 하여 칼?㎱? 제공하는 공정을 개발하여 보다 경제적인 HAp 나노입자를 제조할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 저렴한 탄산칼슘 공여물로서 바이오 폐기물, 특히 홍합을 이용함으로써 제조 비용을 절감할 수 있는 경제적인 HAp 나노입자의 제조방법을 제공함에 있다.
또한, HAp 소재를 수술에 의해 생체 내에 도입시키는 경우, 미생물 감염으로 인한 다양한 수술 부작용 및 후유증 등을 극복하기 위하여 항생제, 항산화 작용을 할 수 있는 금속성 원소로서, 마그네슘을 HAp에 같이 도입하면 생체적합성을 더욱 높일 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 목적은, 항생작용을 발휘하는 마그네슘 성분을 HAp에 도입함으로써, 생체적합성을 높이고 부작용을 낮출 수 있는 바이오 소재로서의 HAp 나노입자의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 금속이온이 함유된 메조다공성 하이드록시에퍼타이트 나노입자의 제조방법은, 홍합(학명: Mytilus edulis)을 분쇄하여 칼슘 함유 분말을 얻는 단계; 상기 칼슘 함유 분말을 염산(HCl)으로 용해하는 단계; 상기 용액에 질산 마그네슘(Magnesium nitrate)을 혼합하는 단계; 상기 혼합물에 계면활성제를 혼합하는 단계; 상기 혼합물에 인산염을 추가하여 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 강염기로 처리하는 단계; 및 상기 최종 혼합물을 상온에서 에이징하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 홍합은 분쇄하기 전에 열처리될 수 있다.
바람직하게는, 상기 계면활성제는 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone), 상기 인산염은 제2인산칼륨(K2HPO4)일 수 있다.
바람직하게는, 상기 강염기로서 수산화칼륨(KOH)을 사용할 수 있다.
선택적으로, 상기 강염기 처리 단계와 에이징 단계의 사이에 마이크로파 처리단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 마그네슘이온이 함유된 메조다공성 하이드록시에퍼타이트 나노입자의 제조방법에 따르면, 생체 비독성과 항박테리아 특성을 가지고 있는 생체적합적 HAp 소재로서 바이오 폐기물, 특히 홍합을 이용하기 때문에 제조 비용을 절감할 수 있는 경제적인 HAp 나노입자의 제조방법을 제공할 수 있다.
아울러, 본 발명의 마그네슘이온이 함유된 메조다공성 하이드록시에퍼타이트 나노입자의 제조방법에 따르면, 항생작용을 발휘하는 마그네슘 성분을 HAp에 도입함으로써, 생체적합성을 높이고, 항생작용을 발휘하며, 부작용을 낮출 수 있는 바이오 소재로서의 HAp 나노입자의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 이온이 함유된 메조다공성 하이드록시에퍼타이트 나노입자의 제조 방법을 순서대로 도시한 공정 순서도이다;
도 2는, 순수 HAp 분말(a), Mg도핑 HAp분말들로서, MgHAp-1(b), MgHAp-2(c) 및 MgHAp-3(d)에 대한 XRD 패턴도;
도 3은, 본원발명에 따른 실시예에 의하여 얻어진 HAp 나노입자들의 라만 스펙트럼;
도 4는, 본원발명에 따른 실시예에 의하여 얻어진 HAp 나노입자들(순수 HAp, MgHAp-1, MgHAp-2, MgHAp-3) 샘플의 원소 매핑;
도 5는, 반전상 대조 현미경 하에서의 순수 및 Mg-도핑된 HAp 나노입자들로 처리 및 미처리된 MG63 세포내의 형태학적 변화에 대한 도면;
도 6(a)는, 순수 및 Mg-도핑된 HAp 나노입자로 처리된 후의 세포 생존력을 나타내며, 도 6(b)는 DNA 함량을 나타내는 도면;
도 7은, 순수 및 Mg-도핑된 HAp 나노입자로 처리 및 미처리된 MG63 세포의 Hoechst 형광염색 이미지;
도 8은, 상용 HAp, 본 발명의 실시예에 따른 HAp 나노입자들(순수 HAp, MgHAp-1, MgHAp-2, MgHAp-3)의 항생 작용을 나타내는 도면;
도 9는 (a)는 수정후 시간별 대한 제브라 피쉬 배아를 나타내는 이미지로서, 도 9(a)는 24 hpf(250μg/ml)후의 순수 HAp, 도 9(b)는 24 hpf(250μg/ml)후의 MgHAp-1 처리된, 도 9(c)는 48 hpf(250μg/ml)후의 MgHAp-3 처리된, 도 9(d)는 48 hpf(250μg/ml)후의 순수 HAp, 도 9(e)는 48 hpf(250μg/ml)후의 MgHAp-1 처리된, 도 9(f)는 48 hpf(250μg/ml)후의 MgHAp-3 처리된, 도 9(g)는 72 hpf(250μg/ml)후의 순수 HAp, 도 9(h)는 724 hpf(250μg/ml)후의 MgHAp-1 처리된, 도 9(i)는 72 hpf(250μg/ml)후의 MgHAp-3 처리된, 도 9(j)는 시간 및 농도와 관련하여 HAp로 처리된 제브라 피쉬의 사멸율 %를 나타내는 막대그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘이온이 함유된 메조다공성 하이드록시에퍼타이트 나노입자의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것일 뿐이며, 하기 실시예는 여러 가지로 달리 변형될 수 있고, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘이온이 함유된 메조다공성 하이드록시에퍼타이트 나노입자의 제조방법을 순서대로 도시한 공정 순서도이다.
먼저, 칼슘 공여원으로서 바이오 폐기물인 홍합(Blue mussel: Mytilus edulis)의 껍질을 준비한다.
전세계적인 홍합의 많은 소비량를 고려할 때 그의 껍질은 매우 쉽게 구할 수 있으며 상대적으로 칼슘 함량이 높은 천연 탄산칼슘 공급원이다. 대부분의 홍합 껍질은 높은 소비로 인하여, 자연 폐기물로서 바다에 버려지거나, 어떤 경우에는 매립지에 버려져 지역을 오염시키는 결과를 낳기도 한다.
이러한 점을 고려하여, 폐기물로서의 홍합껍질을 재활용하여 HAp의 합성을 위한 재료로서 사용하는 것은 고가의 화학적 방법에 대하여 매우 저렴한 대안이 될 수 있을 것으로 생각된다.
이와 같이 얻어진 홍합껍질은 일반수, 또는 멸균수로 세척하거나 필요에 따라서 고온, 예를 들면 550℃로 열처리한다.
홍합껄질은 건조된 후, 예를 들어 기계로 밀링하거나 절구와 공이로 분쇄하여 분말상태로 하고, 체를 이용하여 미세한 입자의 칼슘 함유 분말을 얻었다(S1). 이렇게 하여 얻어진 칼슘 함유 분말을 본원발명의 메조다공성 하이드록시에퍼타이트 합성용 전구체로 사용한다.
다음 단계로, 얻어진 칼슘 함유 분말을, 예를 들면 농축 염산(HCl)에 넣고 용해하여 염화칼슘 용액을 만든다(S2). 이러한 염화칼슘 용액은 불순물을 제거하기 위하여 수차례 여과될 수 있다. 아울러, 용해단계에서는 교반기를 사용할 수 있다.
마그네슘(Mg)은 현재까지 보고된 여타의 도핑용 금속 이온에 비해서 많은 장점을 가진다. 인체 중의 Mg 은 약 85-90%가 살아있는 세포와 조직 내에 존재하고, 또한 뼈, 치아의 상아질 및 법랑질에 각각 약 0.72, 1.23 및 0.44 중량% 가량 존재한다.
또한, Mg 은 막 수송, 세포 증식, 미네랄 대사, 골 석회화 과정 및 세포 신호 전달에 중요한 역할을 하며, 부족한 경우 당뇨병, 심혈관 질환 및 고혈압을 유발하는 것으로 밝혀졌다. 따라서 Mg의 중요성을 고려하여 더 나은 생물학적 응용을 위해 HAp에 통합하는 것은 매우 중요한 의미를 갖는다.
본 출원에 있어서는, 친환경적이면서도 저렴하고, 용이한 방식으로 메조다공성 하이드록시에퍼타이트 나노입자를 합성하는 방법을 제공한다.
메조다공성 하이드록시에퍼타이트에 생체 비독성 및 항박테리아성을 부여하는 금속으로서의 Mg 을 도핑하기 위하여, 상기 과정을 통하여 수득된 염화칼슘 용액을 교반하면서 질산 마그네슘을 첨가한다(S3).
다음으로, 마그네슘(Mg)이 도핑된 용액에 계면활성제인 폴리비닐피롤리돈 (Polyvinylpyrrolidone: PVP)을 첨가한다(S4). PVP는 HAp 합성을 위한 유기 개질제로서 사용되며, 이는 나노입자를 보다 작게, 또한 보다 다공성이 되도록 하는 기능을 가진다.
이러한 용액에 인산염으로서 제2인산칼륨(K2HPO4)을 교반기를 이용하여 천천히 첨가한다(S5). 인산염을 첨가하는 이유는, HAp 이 기본적으로 인산칼슘 계열이기 때문에, 상술한 홍합껍질에서 얻은 칼슘에 인산을 더하기 위한 것이다.
인산염의 첨가 후, 수산화칼륨(KOH)를 사용하여 용액의 pH를 13으로 조정한다(S6).
선택적으로, 최종 혼합물을 얻기 위하여 마이크로 반응기에서 처리를 할 수 있다.
마이크로파 처리를 마친 후, 반응이 종료되면 최종적인 분말이 얻어지며, 이에 대하여 에이징을 실시(S7)하고, 침전물을 여과 및 세척하면, 본 발명에 따른 마그네슘이온이 함유된 메조다공성 하이드록시에퍼타이트 나노입자의 합성이 완료된다.
(실시예)
채취한 홍합껍질을 일반수로 세척한 다음 멸균수로 세척하고 건조를 위해 보관 하였다. 건조가 완료된 후 홍합껍질을 고운 칼슘 함유 분말로 분쇄하고 약 11.2 g의 홍합껍질 미세 캄슘 함유 분말을 취하여 33.4 ml의 농축 염산(HCl)에 용해시켰다.
염산을 첨가 한 후, 염화칼슘 용액의 투명한 용액이 관찰되었으며, 불순물을 제거하기 위해 수차례 여과되었다.
여과 과정 후에 염화칼슘 용액을 100ml 까지 얻어서 HAp 합성에 사용하였다.
100ml의 폴리비닐피롤리돈(PVP) 용액 1g 을 별도로 준비하고 상기에서 준비한 염화칼슘 100ml와 혼합하였다.
이 용액에 200ml의 제2 인산칼륨(K2HPO4) 용액(0.6M)을 자성 교반 하에 천천히 첨가하였다. 제2 인산칼륨(K2HPO4) 용액의 첨가 완료 후, 용액의 pH는 수산화칼륨(KOH) 용액을 사용하여 염기성 13으로 조정되었다.
수득된 졸 상태의 혼합물을 2 개의 비커에 나누고 900W 전력으로 약 20분간 전자 레인지에서 마이크로파 처리하고, 처리 후에 졸을 상온으로 유지하여 식혔다.
졸이 냉각된 후, 탈이온수를 사용하여 졸을 여러 번 세척하여 미반응 잔류 물을 제거하였다. 세척은 회전 속도가 4000rpm 인 원심분리기를 사용하여 수행되었다.
세척 후, 최종 제품을 열풍 오븐에 보관하여 약 100℃에서 12 시간 동안 완전히 건조하였다. 건조 후, 수집된 백색 분말을 절구와 공이를 사용하여 다시 분쇄하고 "순수 HAp" 으로 표시되는 미세 분말로 만들었다.
HAp에서 Mg 를 도핑하기 위해 다른 몰비가 계산되고 PVP 존재 하에서 상기의 절차와 유사하게 합성이 수행되었다. Ca:Mg의 몰비는 각각 0.99:0.01, 0.97:0.03 및 0.90:0.1 M 이었다.
상기와 같이 계산된 질산마그네슘을 자성 교반기를 사용하여 염화칼슘 용액의 제조 중에 결합한 다음 PVP 및 제2 인산칼륨(K2HPO4)을 첨가하고, pH를 13으로 조정한 후, 유사한 절차에 따라 마이크로파 처리 및 최종 분말이 얻어질 때까지 세척하였다. 준비된 Mg 도핑 샘플은 각각 "MgHAp-1", "MgHAp-2" 및 MgHAp-3로 명명되었다.
(특성평가)
도 2는, 순수 HAp 분말(a), Mg도핑 HAp분말 로서, MgHAp-1(b), MgHAp-2(c) 및 MgHAp-3(d)에 대한 XRD 패턴을 보여준다. 2θ값은 38.97°(002), 42.56°(102), 43.70°(210), 48.25°(211), 49.04°(112), 50.27°(300), 52.03°(202), 61.58°(310), 64.55°(311), 72.26°(222), 73.93°(312), 77.17°(213), 79.45°(321), 81.64°(104) 및 83.75°(401)로서, XRD 패턴은 HAp 의 ICCD-XRD 표준 데이터(09-0432)와 잘 일치하는 것으로 나타났다. 또한, 수득한 HAp 은 육각형상으로 형성된 것으로 결론을 내릴 수 있었다.
라만 분광법 분석은 진보적인 접근법 중 하나로, 나노입자 형성 중의 2차상의 발달에 대한 광범위한 스펙트럼을 제공한다. 수득된 나노입자들의 라만 스펙트럼을 도 3에 나타내었다. 결과는, 각 샘플의 안정 밴드와 메인 밴드가 964cm-1 에서 나타났으며 이는 PO4 3- 기에 대한 ν 1 스트레칭 진동을 나타낸다. 또한 약한 밴드는 1052 cm-1 에서 나타났으며, PO4 3- 피크의 ν 3 스트레칭 모드를 나타낸다.
또한, ν 1-ν 4의 진동 대역은 서로 다른 접근 방식으로 합성된 HAp 샘플에 대해 얻은 기준대역과 정확히 일치하는 것을 보여준다. 또한, Mg 도핑된(MgHAp-1, MgHAp-2, MgHAp-3) 샘플들도 순수 HAp에 존재하는 것과 유사한 밴드를 보였지만, Mg를 첨가하여 피크 강도가 감소되었다. 라만 분광법 분석 결과는 Mg가 원래의 구조를 방해하지 않고 HAp 결정에 효과적으로 통합되었음을 보여준다.
도 4는 얻어진 순수 HAp, MgHAp-1, MgHAp-2, MgHAp-3 샘플의 원소 매핑을 보여준다. 이 결과는 각 원소의 조성비를 근거로 탄소(C), 산소(O), 칼슘(Ca), 및 인(P)의 순수한 HAp 구성원소를 확실하게 나타낸다. 또한, 표 1은 얻어진 샘플에서의 원소의 방향분포를 보여준다. 얻어진 샘플들은 나노입자에 따라 원소의 함량이 가변적임을 보여준다.
각 HAp 입자의 Ca/P 농도는 순수한 HAp, MgHAp-1, MgHAp-2 및 MgHAp-3에 대해 각각 1.65, 1.56, 1.51, 및 1.33을 나타낸다. 수득된 나노입자가 HAp 나노입자 비화학양론적 형태임을 분명히 증명한다. 비화학양론적 HAp 은, Mg 성분의 추가로 Ca/P 농도가 1.65 미만이었다.
또한, 수득된 MgHAp-1, MgHAp-2, 및 MgHAp-3 결과는 샘플에서의 마그네슘 성분의 출현을 분명히 보여준다. 수득된 샘플에 대한 Mg/(Ca+Mg)%의 성분은 MgHAp-1, MgHAp-2 및 MgHAp-3에 대해 1.32, 5.80 및 8.99를 나타내었다. 제안된 농도와 생성된 농도가 유사한 것으로 판단된다. 또한 HAp 나노입자에 Mg의 도핑이 발생했음을 알 수 있다.

샘플 코드
원소 (원자%)
Ca/P 비
Mg/(Ca+Mg)
%
Ca P O C Mg
Pure HAp 31.2 18.9 41.0 8.9 - 1.65 0
MgHAp-1 29.8 19.0 42.5 8.3 0.4 1.56 1.32
MgHAp-2 27.6 18.2 43.3 9.2 1.7 1.51 5.80
MgHAp-3 25.3 18.9 42.2 11.1 2.5 1.33 8.99
순수 및 Mg 도핑된 HAP 샘플들의 원소 조성
한편, HAp 입자의 다공성과 결정 크기는 양분의 흐름, 세포 결합 및 발달에 중요한 부분을 차지하며, 더 높은 표면적은 골세포 결합과 조직의 재형성을 위해 필요하다.
수득된 HAp 나노입자의 분화를 특성평가하기 위해 MG63 세포(인간 골아세포선)가 사용되었다. MG63 세포는 세포 생존력 평가를 위해 6가지 다양한 농도의 HAp 나노입자 (25-250μg/ml)에 노출되었다.
도 5는 반전상 대조 현미경 하에서의 순수 및 Mg-도핑된 HAp 나노입자들로 처리되거나 처리되지 않은 MG63 세포내의 형태학적 변화에 대한 도면이다. 대조군 세포(미처리)와 비교할 때, 순수한 HAp 및 Mg-도핑된 HAp 나노입자의 추가로 인한 형태학적 변화가 없음을 분명히 보여준다.
세포의 생존력을 분석하기 위해 MTT 분석과 DNA추정 (hoechst 염색)을 수행하였다[도 6(a) 및 6(b)]. 순수한 HAp 및 Mg-도핑 HAp 나노입자들은 최대 노출율 250μg/ml 에서도 80% 이상의 생존력을 보여준다[도 6(a)]. 유사하게, DNA추정 결과는 나노입자의 세포 적합성을 확인하는 MTT 분석과도 일치하였다. MG63 세포의 형광염색 이미지는 또한 순수 HAp 및 Mg-도핑 HAp 나노입자가 MG63 세포에 무독성이라는 것을 확인해주는 온전한 세포핵을 보여준다(도 7 참조).
수득된 HAp 나노입자의 항균 활성이 박테리아 균주를 유발하는 인간 감염에 대해 테스트되었으며 결과를 도 8 및 표 2에 나타내었다. 순수한 HAp 샘플은 어떠한 항균 특성도 나타내지 않았다. 또한, 수득된 Mg-도핑 HAp 나노입자는 황색 포도상구균(Staphylococcus aureus, MTCC 7443), 고초균(Bacillus subtilis, MTCC 1133), 녹농균(Pseudomonas aeruginosa MTCC 2581) 및 대장균(Escherichia coli, MTCC 1692)과 같은 각 인간 세균 감염에 대해 더 나은 항균 특성을 가지며, 박테리아에 의한 모든 인간 감염은 Mg-도핑된 샘플에 의해 억제되었다.


미생물
억제 영역 [평균 ± 표준편차 (mm)
순수HAp
(100μg/ml)		 상용HAp
(100μg/ml)		 MgHAp-1
(100μg/ml)		 MgHAp-2
(100μg/ml)		 MgHAp-3
(100μg/ml)
황색포도상구균 (MTCC 7443)
-
-
6.66±0.57
10.66±1.15
12.33±0.57
고초균
(MTCC 1133)
-
-
10.33±1.15
10.66±0.57
13.33±1.52
녹농균
(MTCC 2581)
-
-
8.66±0.57
10.33±0.57
12.66±1.15
대장균
(MTCC 1692)
-
-
9.33±0.57
12.33±0.57
14.33±0.57
HAp 나노입자들의 항박테리아 활성
샘플에 있어서 MgHAp-1 샘플은 낮은 억제 영역을 보여주고 MgHAp-3 샘플은 더 높은 영역을 보여준다. 또한 항균성도 여기에서 더 큰 것으로 확인되었다. 따라서 억제영역은 박테리아에 따라 각각 다르다.
특성의 차이는 병원균의 세포벽 구성 요소와 HAp 나노입자의 외부 전하 때문이다. 항균 효과는 전기 화학 반응을 통한 나노입자와 외부 영역의 상호작용으로 인한 세포막의 파괴와 같은 다양한 메커니즘이 있는 곳에서 발생하기 때문이다.
또 다른 이유는 세포 증식에서 발생하는 세포 효소가 부족하여 발생하는 나노입자의 흡수 때문일 수 있다.
따라서 Mg-도핑된 HAp 나노입자는 임플란트 수술 후의 질병 발생에 대한 예방 메커니즘을 증가시킨다. HAp 나노입자에 포함된 Mg로 인한 항생제 잠재력은 매우 크다고 할 수 있을 것이다.
제브라 피쉬(zebra fish)의 배아는 높은 투명성과 1 단계에서 발생하는 최대 배아 생산량으로 인해 사용되었으며 인간의 유전자와 매우 유사하다. 순수 HAp 및 Mg-도핑된 HAp(MgHAp-1, MgHAp-2 및 MgHAp-3)에 대해 시험관내 평가를 수행하였다.
순수HAp과 Mg-도핑된 HAp 들이 독성 평가를 위하여 위해 다양한 농도(25-250μg/ml)로 처리되었다. 제브라 피쉬는 증가된 HAp의 비율에서는 배아의 사멸율이 증가함에 따라 독성학적 영향이 증가함을 보여준다. 사망률은 96시간까지 낮아졌다는 결론을 내렸다.
순수 HAp 과 다양한 비율의 Mg-도핑된 HAp을 행크스(Hanks) 용액에 희석하여 시험관 내에서 어류배아 중독을 시행하였다. 제브라 피쉬 배아가 초기 발달 기간에 현미경으로 분석되었다. 24, 48, 72 및 96 시간에 노출 된 HAp의 부화난의 배아는 도 9에 표시된 현미경 하에서 40배로 명확하게 보였다. 배아는 입자노출 동안 부화가 지연되는 것으로 확인되었다. 현미경 관찰을 바탕으로 부화 및 사멸률을 평가 하였다.
수정된 48시간 후 배아의 사멸율이 도 9에 도시된다. 수득된 HAps는 다른 나노입자에 비해 본질적으로 독성이 적었다. 도 9는, 입자의 비율이 25-250μg/ml 까지 증가할 때 24 시간 및 48 시간 hpf에서 사망 비율을 감소 시킨다는 것을 보여준다. 수득된 HAps의 입자 크기가 더 작고, 표면적의 비율이 증가하고 독성이 없기 때문에 배아 사멸율이 낮다. HAp의 증가된 비율을 포함한 배아의 이전 형성 단계는 현미경으로 관찰되며 도 9에서 명확하게 볼 수 있습니다.
도 9(j)에 있어서, 순수 HAp가 6.1%의 사멸율을 보인 반면 MgHAP-1은 2.9%의 낮은 사멸율을 보여주고 MgHAp-2는 가장 높은 7.3%의 사멸율을, MgHAp-3은 72 시간만에 4.1%의 사멸율을 보여준다.
초기 발달 단계에서 표시된 많은 배아 부화가 수득된 HAps를 통해 향상된다. 72 시간 후, HAps 샘플로 처리할 때 꼬리, 머리, 눈의 발달과 기형을 명확하게 식별하기 위해 부화한 배아를 현미경으로 관찰하였다. 이전에 배아에 노출되는 동안 형은 보이지 않았다. 본 출원에 의한 순수 HAp 및 Mg-도핑 HAp 들은 무독성 효과가 배아 형성의 이전 단계에서 제브라 피쉬에서 평가되었다는 것이 분명함을 알 수 있었다.
본원발명의 마그네슘을 포함하는 나노입자 또는 자성 나노입자는 약물 표적화, 고열 암 치료 및 자기 공명 영상(MRI)과 같은 생체 의학 응용 분야에서 사용될 수 있다. 또한, 치과 뼈 보충재 및 약물전달 제재, 암세포 표적제, 암세포 사멸제 등으로 다양한 응용 분야를 가진다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 의거하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특징의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경 및 변형은 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 해석된다.

Claims (5)

  1. 홍합껍질(학명: Mytilus edulis)을 분쇄하여 칼슘 함유 분말을 얻는 단계(S1);
    상기 칼슘 함유 분말을 염산(HCl)으로 용해하여 염화칼슘 용액을 만드는 단계(S2);
    상기 염화칼슘 용액에 질산 마그네슘(Magnesium nitrate)을 첨가하는 단계(S3);
    상기 질산 마그네슘을 첨가시킨 용액에 계면활성제로써 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone)을 첨가하는 단계(S4);
    상기 폴리비닐피롤리돈을 첨가시킨 용액에 인산염으로써 제2인산칼륨(K2HPO4)을 첨가하는 단계(S5);
    상기 제2인산칼륨을 첨가시킨 용액을 강염기인 수산화칼륨(KOH)으로 처리하는 단계(S6); 및
    상기 단계(S1) 내지 상기 단계(S6)을 거쳐 형성된 최종 혼합물을 상온에서 에이징하는 단계(S7)를 포함하고,
    상기 질산 마그네슘과 상기 폴리비닐피롤리돈과 상기 제2인산칼륨과 상기 수산화칼륨은 상기 염화칼슘에 순차적으로 첨가되어 졸 상태의 상기 최종 혼합물을 만들고,
    상기 졸 상태의 상기 최종 혼합물은 상기 에이징하는 단계(S7)를 통해 상기 졸 상태의 상기 최종 혼합물의 구성 요소들을 합성하여 마그네슘이온이 함유된 메조다공성 하이드록시에퍼타이트 나노입자로 형성되는, 마그네슘이온이 함유된 메조다공성 하이드록시에퍼타이트 나노입자의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 S1 단계 전에 상기 홍합껍질을 열처리하는 단계를 더 포함하는, 마그네슘이온이 함유된 메조다공성 하이드록시에퍼타이트 나노입자의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 S6 단계와 S7 단계의 사이에 마이크로파 처리단계를 더 포함하는, 마그네슘이온이 함유된 메조다공성 하이드록시에퍼타이트 나노입자의 제조방법.
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