KR102525360B1 - Calcium phosphate nanoparticles and methods for their synthesis - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인산화 아미노산(phosphorylated amino acid)이 가지는 인산염만을 인의 공급원으로 활용하여 합성된 칼슘 포스페이트 나노 입자 및 이의 합성 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘 포스페이트 나노 입자 합성 방법은 인산화 아미노산을 포함하는 용액에 칼슘 전구체를 포함하는 수용액을 첨가하여 혼합하는 제1 단계, 및 혼합 용액에 수산기를 함유하는 염기성 물질을 첨가하고 혼합하는 제2 단계를 포함한다.The present invention relates to calcium phosphate nanoparticles synthesized by using only phosphate of phosphorylated amino acid as a source of phosphorus and a method for synthesizing the same. A method for synthesizing calcium phosphate nanoparticles according to an embodiment of the present invention includes a first step of adding and mixing an aqueous solution containing a calcium precursor to a solution containing a phosphorylated amino acid, and adding a basic substance containing a hydroxyl group to the mixed solution, A second step of mixing is included.

Description

칼슘 포스페이트 나노 입자 및 이의 합성 방법{Calcium phosphate nanoparticles and methods for their synthesis}Calcium phosphate nanoparticles and methods for their synthesis {Calcium phosphate nanoparticles and methods for their synthesis}

본 발명은 칼슘 포스페이트 나노 입자 및 이의 합성 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 인산화 아미노산(phosphorylated amino acid)이 가지는 인산염만을 인의 공급원으로 활용하여 칼슘 포스페이트 나노 입자를 합성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to calcium phosphate nanoparticles and methods for their synthesis. Specifically, the present invention relates to a method for synthesizing calcium phosphate nanoparticles by using only phosphate of phosphorylated amino acid as a source of phosphorus.

칼슘 포스페이트는 자연계에 존재하는 물질로, 특히 인체의 뼈 성분의 50 ~ 70w/w.%를 이루고 있어 생체 친화성이 매우 높다. 따라서, 칼슘 포스페이트를 약물 전달, 골 재생, 조직 재생 등의 생물학적 응용 분야에 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.Calcium phosphate is a material that exists in nature, and in particular, accounts for 50 to 70 w/w.% of bone components in the human body and thus has very high biocompatibility. Therefore, studies on applying calcium phosphate to biological applications such as drug delivery, bone regeneration, and tissue regeneration are being actively conducted.

기존의 칼슘 포스페이트 나노 소재의 합성은 Ca 및 P를 주 소재로 하는 무기물을 원료로 하여, 공침법(co-precipitation) 또는 졸-겔법을 통해 진행한다. 하지만, 본래 생체 내에서 칼슘 포스페이트는 유기물을 기반으로 합성되는 메커니즘을 가지고 있어, 기존의 무기물 기반의 칼슘 포스페이트 합성과는 매우 다르다.The synthesis of existing calcium phosphate nanomaterials is carried out through a co-precipitation method or a sol-gel method, using inorganic materials as main materials, such as Ca and P, as raw materials. However, calcium phosphate naturally has a mechanism for synthesizing organic materials in vivo, which is very different from conventional inorganic material-based calcium phosphate synthesis.

이러한 차이점으로 인해, 무기물 기반으로 합성된 칼슘 포스페이트 나노 소재는 조밀(dense)한 표면을 가지고, 생체 조직에 다량 처리 시 독성을 보이는 문제점이 있다.Due to these differences, calcium phosphate nanomaterials synthesized based on inorganic materials have a dense surface and are toxic when treated in large amounts to biological tissues.

본 발명의 일 목적은 인산화 아미노산(phosphorylated amino acid)이 가지는 인산염만을 인의 공급원으로 활용하여 다공성의 칼슘 포스페이트 나노 입자를 합성하는 방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a method for synthesizing porous calcium phosphate nanoparticles by utilizing only phosphate of phosphorylated amino acid as a source of phosphorus.

본 발명의 일 목적은 상기 방법으로 합성된 다공성의 칼슘 포스페이트 나노 입자를 제공하고, 이를 약물 전달체로 활용하는 것이다.One object of the present invention is to provide porous calcium phosphate nanoparticles synthesized by the above method and utilize them as a drug delivery system.

본 발명의 일 목적은 상기 칼슘 포스페이트 나노 입자를 소결하여 골 재생용 나노 구조체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a method for preparing a nanostructure for bone regeneration by sintering the calcium phosphate nanoparticles.

본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘 포스페이트 나노 입자 합성 방법은 인산화 아미노산을 포함하는 용액에 칼슘 전구체를 포함하는 수용액을 첨가하여 혼합하는 제1 단계, 및 혼합 용액에 수산기를 함유하는 염기성 물질을 첨가하고 혼합하는 제2 단계를 포함한다.A method for synthesizing calcium phosphate nanoparticles according to an embodiment of the present invention includes a first step of adding and mixing an aqueous solution containing a calcium precursor to a solution containing a phosphorylated amino acid, and adding a basic substance containing a hydroxyl group to the mixed solution, A second step of mixing is included.

일 실시예에서, 상기 혼합 시의 온도는 55 내지 65℃ 로 유지하는 것이 바람직하다.In one embodiment, the temperature during the mixing is preferably maintained at 55 to 65 ° C.

일 실시예에서, 상기 제1 단계의 혼합은 5 내지 15 분 동안 수행하고, 상기 제2 단계의 혼합은 7 내지 9 시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.In one embodiment, the mixing of the first step is preferably performed for 5 to 15 minutes, and the mixing of the second step is preferably performed for 7 to 9 hours.

일 실시예에서, 상기 인산화 아미노산은 포스포세린(phosphoserine), 포스포티로신(phosphotyrosine), 포스포트레오닌(phosphothreonine), 포스포히스티딘(phosphohistidine), 포스포아르기닌(phosphoarginine), 포스포라이신(phospholysine), 포스포아스파르트산(phosphoaspartic acid), 포스포글루탐산(phosphoglutamic acid) 및 포스포시스테인(phosphocysteine) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the phosphorylated amino acid is phosphoserine, phosphotyrosine, phosphothreonine, phosphohistidine, phosphoarginine, phospholysine, It may contain at least one selected from phosphoaspartic acid, phosphoglutamic acid, and phosphocysteine.

일 실시예에서, 상기 칼슘 전구체는 염화칼슘(CaCl2), 질산칼슘(Ca(NO3)2), 아세트산칼슘(Ca(C2H3O2)2) 및 칼슘 에톡사이드(Ca(OEt)2) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the calcium precursor is calcium chloride (CaCl 2 ), calcium nitrate (Ca(NO 3 ) 2 ), calcium acetate (Ca(C 2 H 3 O 2 ) 2 ) and calcium ethoxide (Ca(OEt) 2 ) may include any one or more selected from among.

일 실시예에서, 상기 수산기를 함유하는 염기성 물질은 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화암모늄(NH4(OH))을 포함할 수 있다.In one embodiment, the basic material containing a hydroxyl group may include sodium hydroxide (NaOH) or ammonium hydroxide (NH 4 (OH)).

일 실시예에서, 상기 인산화 아미노산의 농도가 1 내지 100 mM 및 상기 칼슘 전구체의 농도가 0.9 내지 100 mM 범위이고, 상기 수산기를 함유한 염기성 물질의 농도가 200 내지 400 mM 범위에서, 칼슘 포스페이트 나노 입자가 합성될 수 있다.In one embodiment, the concentration of the phosphorylated amino acid is in the range of 1 to 100 mM and the concentration of the calcium precursor is in the range of 0.9 to 100 mM, the concentration of the hydroxyl group-containing basic material is in the range of 200 to 400 mM, calcium phosphate nanoparticles can be synthesized.

일 실시예에서, 상기 제2 단계 후, 합성된 칼슘 포스페이트 나노 입자는 다공성 결정질 구조를 가질 수 있다. 구체적으로는, 상기 제2 단계 후, 합성된 칼슘 포스페이트 나노 입자는 다공성 하이드록시 아파타이트일 수 있다.In one embodiment, after the second step, the synthesized calcium phosphate nanoparticles may have a porous crystalline structure. Specifically, after the second step, the synthesized calcium phosphate nanoparticles may be porous hydroxyapatite.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘 포스페이트 나노 입자는 상기 방법에 따라 제조되고, 다수의 기공을 포함하며, 하이드록시 아파타이트 결정 구조를 갖는다.Meanwhile, calcium phosphate nanoparticles according to an embodiment of the present invention are prepared according to the above method, include a plurality of pores, and have a hydroxyapatite crystal structure.

일 실시예에서, 상기 칼슘 포스페이트 나노 입자는 그레인(grain) 형상이고, 상기 나노 입자의 크기는 120 내지 170 nm 일 수 있다.In one embodiment, the calcium phosphate nanoparticles have a grain shape, and the nanoparticles may have a size of 120 to 170 nm.

일 실시예에서, 상기 칼슘 포스페이트 나노 입자의 표면 전위는 -3 내지 -5 mV 인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the surface potential of the calcium phosphate nanoparticles is characterized in that -3 to -5 mV.

한편, 본 발명의 다른 실시 형태로 상기 칼슘 포스페이트 나노 입자에 포함된 다수의 기공에 약물이 로딩된 약물 전달체를 들 수 있다.Meanwhile, another embodiment of the present invention may include a drug delivery system in which a drug is loaded into a plurality of pores included in the calcium phosphate nanoparticles.

본 발명의 또 다른 실시 형태로 상기 칼슘 포스페이트 나노 입자의 표면에 약물이 흡착된 약물 전달체를 들 수 있다.Another embodiment of the present invention may include a drug delivery system in which a drug is adsorbed on the surface of the calcium phosphate nanoparticles.

한편, 본 발명의 일 실시예인 골 재생용 나노 구조체 제조 방법은, 상기 칼슘 포스페이트 나노 입자를 100 내지 500℃의 온도로 소결하는 단계를 포함한다.Meanwhile, a method for manufacturing a nanostructure for bone regeneration according to an embodiment of the present invention includes sintering the calcium phosphate nanoparticles at a temperature of 100 to 500°C.

일 실시예에서, 상기 골 재생용 나노 구조체는, 나노 기공(nanopore) 및 마이크로 기공(micropore)을 포함하고, 3차원의 계층 구조(hierarchical)를 가짐을 특징으로 한다.In one embodiment, the nanostructure for bone regeneration includes nanopores and micropores, and is characterized in that it has a three-dimensional hierarchical structure.

본 발명에 따르면, 유기 물질인 인산화 아미노산(phosphorylated amino acid)이 가지는 인산염만을 인의 공급원으로 활용하여, 추가적인 인 공급원 없이 생체 친화성이 높은 다공성의 칼슘 포스페이트 나노 입자를 합성할 수 있다.According to the present invention, it is possible to synthesize porous calcium phosphate nanoparticles having high biocompatibility without an additional phosphorus source by using only phosphate of phosphorylated amino acid, which is an organic material, as a source of phosphorus.

또한, 나노 입자 합성 시의 온도를 조절하여 수산화칼슘으로 석출되는 메커니즘을 막고, 충분히 칼슘 포스페이트로 합성이 진행되도록 할 수 있다.In addition, by adjusting the temperature at the time of synthesizing the nanoparticles, it is possible to prevent the mechanism of precipitation of calcium hydroxide and to allow the synthesis to proceed sufficiently with calcium phosphate.

아울러, 본 발명에 따라 합성된 칼슘 포스페이트는 생체 친화성이 높아 약물 전달, 골 재생, 조직 재생 등의 생물학적 응용 분야에 활용이 가능한 장점이 있다.In addition, the calcium phosphate synthesized according to the present invention has high biocompatibility and can be used in biological applications such as drug delivery, bone regeneration, and tissue regeneration.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘 포스페이트 나노 입자 합성 방법을 도시한 모식도 및 이에 의해 합성된 나노 입자의 TEM 이미지이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 합성된 칼슘 포스페이트 나노 입자의 SEM 이미지이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 다양한 인산화 아미노산을 이용하여 합성된 칼슘 포스페이트 나노 입자의 SEM 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 합성된 칼슘 포스페이트 나노 입자의 TEM, SAED 및 EDS 분석 이미지를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 합성된 칼슘 포스페이트 나노 입자의 유체역학적 크기(hydrodynamic size)와 표면 전위 측정 결과 및 ICP-OES 분석 결과를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 칼슘 포스페이트 나노 입자, 하이드록시 아파타이트 및 포스포세린의 적외선 분광(FT-IR) 스펙트럼을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 칼슘 포스페이트 나노 입자 유래 나노 구조체 및 비교예들의 세포 적합성 실험(MTT assay) 결과(좌측), 및 골아세포의 골세포로의 분화 실험(ALP assay) 결과(우측)를 나타낸다.
1 is a schematic diagram showing a method for synthesizing calcium phosphate nanoparticles according to an embodiment of the present invention and a TEM image of nanoparticles synthesized thereby.
2 is a SEM image of calcium phosphate nanoparticles synthesized according to an embodiment of the present invention.
3 is a SEM image of calcium phosphate nanoparticles synthesized using various phosphorylated amino acids according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows TEM, SAED and EDS analysis images of calcium phosphate nanoparticles synthesized according to an embodiment of the present invention.
5 shows the hydrodynamic size and surface potential measurement results and ICP-OES analysis results of calcium phosphate nanoparticles synthesized according to an embodiment of the present invention.
6 shows infrared spectroscopy (FT-IR) spectra of calcium phosphate nanoparticles, hydroxyapatite and phosphoserine according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 shows the results of a cytocompatibility test (MTT assay) of calcium phosphate nanoparticle-derived nanostructures and comparative examples according to an embodiment of the present invention (left), and the results of an experiment for differentiation of osteoblasts into osteocytes (ALP assay) (right) ).

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Since the present invention may have various changes and various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form disclosed, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Like reference numerals have been used for like elements throughout the description of each figure.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that there is a feature, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features or steps However, it should be understood that it does not preclude the possibility of existence or addition of operations, components, parts, or combinations thereof.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘 포스페이트 나노 입자 합성 방법을 도시한 모식도 및 이에 의해 합성된 나노 입자의 TEM 이미지이다.1 is a schematic diagram showing a method for synthesizing calcium phosphate nanoparticles according to an embodiment of the present invention and a TEM image of nanoparticles synthesized thereby.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘 포스페이트 나노 입자 합성 방법은 인산화 아미노산을 포함하는 용액에 칼슘 전구체를 포함하는 수용액을 첨가하여 혼합하는 제1 단계, 및 혼합 용액에 수산기를 함유하는 염기성 물질을 첨가하고 혼합하는 제2 단계를 포함한다.Referring to FIG. 1, the method for synthesizing calcium phosphate nanoparticles according to an embodiment of the present invention includes a first step of adding and mixing an aqueous solution containing a calcium precursor to a solution containing a phosphorylated amino acid, and containing a hydroxyl group in the mixed solution. A second step of adding and mixing a basic material to

상기 인산화 아미노산은 칼슘 포스페이트 나노 입자의 인 공급원(phosphorus source)으로 사용된다. 인산화 아미노산은 예를 들어, 포스포세린(phosphoserine), 포스포티로신(phosphotyrosine), 포스포트레오닌(phosphothreonine), 포스포히스티딘(phosphohistidine), 포스포아르기닌(phosphoarginine), 포스포라이신(phospholysine), 포스포아스파르트산(phosphoaspartic acid), 포스포글루탐산(phosphoglutamic acid), 포스포시스테인(phosphocysteine) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The phosphorylated amino acid is used as a phosphorus source of calcium phosphate nanoparticles. Phosphorylated amino acids include, for example, phosphoserine, phosphotyrosine, phosphothreonine, phosphohistidine, phosphoarginine, phospholysine, phospho Aspartic acid, phosphoglutamic acid, phosphocysteine, and the like may be used, but are not limited thereto.

상기 칼슘 전구체는 칼슘 포스페이트 나노 입자의 칼슘(Ca2+) 공급원으로 사용되며, 예를 들어, 염화칼슘(CaCl2), 질산칼슘(Ca(NO3)2), 아세트산칼슘(Ca(C2H3O2)2), 칼슘 에톡사이드(Ca(OEt)2) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The calcium precursor is used as a calcium (Ca 2+ ) source of calcium phosphate nanoparticles, for example, calcium chloride (CaCl 2 ), calcium nitrate (Ca(NO 3 ) 2 ), calcium acetate (Ca(C 2 H 3 O 2 ) 2 ), calcium ethoxide (Ca(OEt) 2 ) and the like may be used, but are not limited thereto.

상기 수산기를 함유하는 염기성 물질은 칼슘 포스페이트 나노 입자의 수산기(OH-) 공급원으로 사용된다. 동시에, 수산기를 함유하는 염기성 물질은 pH를 조절하여 합성에 필요한 알칼리성 용액 상태를 만드는 역할을 한다. 이러한 수산기 함유 염기성 물질은 예를 들어, 수산화나트륨(NaOH), 수산화암모늄(NH4(OH)) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The basic material containing the hydroxyl group is used as a hydroxyl group (OH - ) source of calcium phosphate nanoparticles. At the same time, the basic substance containing a hydroxyl group plays a role in creating an alkaline solution state necessary for synthesis by adjusting the pH. Examples of the hydroxyl group-containing basic material include sodium hydroxide (NaOH) and ammonium hydroxide (NH 4 (OH)), but are not limited thereto.

이하에서는 본 발명의 합성 방법을 도 1을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, the synthesis method of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

먼저, 인산화 아미노산을 포함하는 용액에 칼슘 전구체를 포함하는 수용액을 첨가하여 혼합하는 제1 단계를 수행한다.First, a first step of adding and mixing an aqueous solution containing a calcium precursor to a solution containing a phosphorylated amino acid is performed.

일 실시예에서, 상기 인산화 아미노산을 포함하는 용액은 인산화 아미노산을 정제수에 녹여 준비할 수 있다. 이때, 상기 인산화 아미노산의 농도는 1 내지 100 mM 일 수 있다. 그리고, 준비한 용액은 충분한 칼슘 포스페이트 합성을 위해 55 내지 65℃, 바람직하게는 60℃ 로 유지시킬 수 있다.In one embodiment, the solution containing the phosphorylated amino acid may be prepared by dissolving the phosphorylated amino acid in purified water. At this time, the concentration of the phosphorylated amino acid may be 1 to 100 mM. In addition, the prepared solution may be maintained at 55 to 65° C., preferably 60° C., for sufficient calcium phosphate synthesis.

일 실시예에서, 상기 칼슘 전구체를 포함하는 수용액은 칼슘 전구체를 증류수에 녹여 준비할 수 있다. 이때, 상기 칼슘 전구체의 농도는 0.9 내지 100 mM 일 수 있다. 그리고, 준비한 수용액은 충분한 칼슘 포스페이트 합성을 위해 55 내지 65℃, 바람직하게는 60℃ 로 유지시킬 수 있다. In one embodiment, the aqueous solution containing the calcium precursor may be prepared by dissolving the calcium precursor in distilled water. At this time, the concentration of the calcium precursor may be 0.9 to 100 mM. And, the prepared aqueous solution may be maintained at 55 to 65°C, preferably 60°C, for sufficient calcium phosphate synthesis.

한편, 상기 제1 단계에서 준비된 용액들의 혼합 시에도, 온도는 55 내지 65℃ 로 유지하는 것이 바람직하고, 60℃ 로 유지하는 것이 보다 바람직하다. 이는 나노 입자의 합성 시에 충분히 칼슘 포스페이트로 합성이 진행되도록 하기 위함이다.Meanwhile, even when the solutions prepared in the first step are mixed, the temperature is preferably maintained at 55 to 65°C, more preferably at 60°C. This is to allow the synthesis to proceed sufficiently with calcium phosphate during synthesis of the nanoparticles.

또한, 상기 제1 단계에서, 준비된 용액들의 혼합은 5 내지 15 분 동안 수행하는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나는 경우, 인산화된 아미노산이 베타 분해를 진행하여, 하이드록시 아파타이트가 다량 함유된 화합물을 형성하는 문제점이 발생한다. 이러한 조건에서 형성된 화합물은 본 발명에서 제조하고자 하는 유기물이 단위 결정에 포함되는 단일화합물과 다르게, 일반적인 하이드록시 아파타이트로 합성되게 된다.In addition, in the first step, mixing of the prepared solutions is preferably performed for 5 to 15 minutes. If it is out of the above range, the phosphorylated amino acid undergoes beta-decomposition to form a compound containing a large amount of hydroxyapatite. The compound formed under these conditions is synthesized as general hydroxyapatite, unlike a single compound in which the organic material to be produced in the present invention is included in a unit crystal.

다음으로, 혼합 용액에 수산기를 함유하는 염기성 물질을 첨가하고 혼합하는 제2 단계를 수행한다.Next, a second step of adding a basic substance containing a hydroxyl group to the mixed solution and mixing is performed.

일 실시예에서, 상기 수산기를 함유하는 염기성 물질은 증류수에 용해시킨 후 혼합 용액에 첨가될 수 있다. 이때, 수산기 함유 염기성 물질의 농도는 200 내지 400 mM 일 수 있다. 그리고, 충분한 칼슘 포스페이트 합성을 위해 염기성 용액의 온도는 55 내지 65℃, 바람직하게는 60℃ 로 유지시킬 수 있다.In one embodiment, the basic substance containing a hydroxyl group may be dissolved in distilled water and then added to the mixed solution. In this case, the concentration of the hydroxyl group-containing basic substance may be 200 to 400 mM. In addition, the temperature of the basic solution may be maintained at 55 to 65° C., preferably 60° C., for sufficient synthesis of calcium phosphate.

또한, 상기 제2 단계의 혼합 시에도 온도는 55 내지 65℃ 로 유지하는 것이 바람직하고, 60℃ 로 유지하는 것이 보다 바람직하다. 이는 나노 입자의 합성 시에 칼슘이 수산화칼슘(Ca(OH)2)으로 석출되는 메커니즘을 막고, 충분히 칼슘 포스페이트로 합성이 진행되도록 하기 위함이다.In addition, even during the mixing in the second step, the temperature is preferably maintained at 55 to 65°C, more preferably at 60°C. This is to prevent a mechanism in which calcium is precipitated as calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) during synthesis of the nanoparticles, and to allow the synthesis to proceed sufficiently with calcium phosphate.

구체적으로, 상기 혼합 시의 온도가 55℃ 미만으로 유지되는 경우, 칼슘이 수산화칼슘(Ca(OH)2)으로 석출되는 메커니즘이 진행되어 칼슘 포스페이트 나노 입자의 합성이 잘 이루어지지 않게 된다. 반면, 상기 온도가 65℃를 초과하는 경우, 온도를 유지하는데 더 많은 에너지가 소모되어 비경제적이다.Specifically, when the temperature during the mixing is maintained at less than 55° C., a mechanism in which calcium is precipitated as calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) proceeds, so that the synthesis of calcium phosphate nanoparticles is not well performed. On the other hand, when the temperature exceeds 65° C., more energy is consumed to maintain the temperature, which is uneconomical.

또한, 상기 제2 단계에서, 혼합은 7 내지 9 시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 7 시간 미만으로 수행하는 경우 충분한 합성이 이루어지지 않고, 9 시간을 초과하는 경우 인산화된 아미노산의 열분해가 발생하거나, 칼슘이 수산화칼슘(Ca(OH)2)으로 석출되는 메커니즘이 진행되어 칼슘 포스페이트 나노 입자의 합성이 잘 이루어지지 않게 되며, 나노 입자의 응집 및 응고 현상이 발생하는 문제점이 있다.In addition, in the second step, mixing is preferably performed for 7 to 9 hours. When it is performed for less than 7 hours, sufficient synthesis is not achieved, and when it exceeds 9 hours, thermal decomposition of phosphorylated amino acids occurs or a mechanism in which calcium is precipitated as calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) proceeds, resulting in calcium phosphate nanoparticles. There is a problem in that the synthesis of is not performed well, and aggregation and coagulation of nanoparticles occur.

본 발명에 따르면, 유기 물질인 인산화 아미노산을 인 공급원으로 사용하여, 추가적인 인 공급원 없이 생체 친화성이 높은 칼슘 포스페이트 나노 입자를 합성할 수 있다.According to the present invention, calcium phosphate nanoparticles having high biocompatibility can be synthesized without an additional phosphorus source by using phosphorylated amino acid, which is an organic material, as a phosphorus source.

구체적으로, 도 1의 TEM 이미지를 보면, 상기 제2 단계를 통해 합성된 칼슘 포스페이트 나노 입자는 다공성 결정질 구조를 갖는다. 보다 구체적으로, 합성된 칼슘 포스페이트 나노 입자는 다공성 하이드록시 아파타이트일 수 있다.Specifically, looking at the TEM image of FIG. 1, the calcium phosphate nanoparticles synthesized through the second step have a porous crystalline structure. More specifically, the synthesized calcium phosphate nanoparticles may be porous hydroxyapatite.

한편, 본 발명의 다른 실시예로, 상기 방법에 따라 제조된 칼슘 포스페이트 나노 입자를 들 수 있다.Meanwhile, as another embodiment of the present invention, calcium phosphate nanoparticles prepared according to the above method may be mentioned.

상기 칼슘 포스페이트 나노 입자는 다수의 기공을 포함하며, 하이드록시 아파타이트 결정 구조를 가질 수 있다.The calcium phosphate nanoparticles may include a plurality of pores and have a hydroxyapatite crystal structure.

일 실시예에서, 상기 칼슘 포스페이트 나노 입자는 그레인(grain) 형상을 나타낼 수 있고, 120 내지 170 nm 의 입자 크기를 가질 수 있다.In one embodiment, the calcium phosphate nanoparticles may have a grain shape and may have a particle size of 120 to 170 nm.

일 실시예에서, 상기 칼슘 포스페이트 나노 입자의 표면 전위는 -3 내지 -5 mV 일 수 있다. 즉, 본 발명의 칼슘 포스페이트 나노 입자는 무기물 기반 나노 입자에 비해 중성의 표면 전위를 가져 생체 적합성이 우수하다.In one embodiment, the surface potential of the calcium phosphate nanoparticles may be -3 to -5 mV. That is, the calcium phosphate nanoparticles of the present invention have a neutral surface potential compared to inorganic-based nanoparticles and thus have excellent biocompatibility.

위와 같이 합성된 칼슘 포스페이트 나노 입자는 생체 친화성이 높아 약물 전달, 골 재생, 조직 재생 분야에서 응용 가능하다.The calcium phosphate nanoparticles synthesized as above have high biocompatibility and can be applied in the fields of drug delivery, bone regeneration, and tissue regeneration.

구체적으로, 본 발명의 칼슘 포스페이트 나노 입자는 약물 전달체로 활용될 수 있다.Specifically, the calcium phosphate nanoparticles of the present invention can be used as a drug delivery system.

일 실시예로, 상기 칼슘 포스페이트 나노 입자에 포함된 다수의 기공에 다량의 약물을 로딩하여, 약물 전달체로 활용할 수 있다.In one embodiment, a large amount of drug may be loaded into a plurality of pores included in the calcium phosphate nanoparticle and used as a drug delivery system.

다른 실시예로, 상기 칼슘 포스페이트 나노 입자의 표면에 약물을 흡착시켜, 약물 전달체로 활용할 수 있다. 이때 사용되는 약물로는 RNA 및 DNA 계열의 유전자 전달체; 세포 접착능, 분아 및 분화를 향상시키는데 사용되는 Poly-L-lactide, poly(lactic-co-glycolic acid), collagen 계열의 고분자 약물; BMP-2, PDGF 와 같은 체내 성장 인자; Gatifloxacine, ciproflaxin, tigecyclin, cefuroxine, amoxicillin, indomethacin, doxycyclin 의 살균제 혹은 항생제; 비타민들과 coenzyme Q10의 항산화제를 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In another embodiment, a drug may be adsorbed on the surface of the calcium phosphate nanoparticle to be used as a drug delivery system. Drugs used at this time include RNA and DNA-based gene carriers; Poly-L-lactide, poly(lactic-co-glycolic acid), and collagen-type high-molecular drugs used to improve cell adhesiveness, proliferation, and differentiation; in vivo growth factors such as BMP-2 and PDGF; Fungicides or antibiotics such as gatifloxacine, ciproflaxin, tigecyclin, cefuroxine, amoxicillin, indomethacin, doxycyclin; vitamins and antioxidants of coenzyme Q10, but are not limited thereto.

또한, 본 발명의 칼슘 포스페이트 나노 입자는 골 재생용 나노 소재로 활용될 수 있다. 일 실시예로, 상기 칼슘 포스페이트 나노 입자는 다수의 기공에 단백질을 흡착하는 골 재생용 나노 소재로 활용될 수 있다.In addition, the calcium phosphate nanoparticles of the present invention can be used as nanomaterials for bone regeneration. In one embodiment, the calcium phosphate nanoparticles can be used as a nanomaterial for bone regeneration by adsorbing proteins in multiple pores.

한편, 본 발명은 다른 실시 형태로 골 재생용 나노 구조체 제조 방법을 들 수 있다.Meanwhile, in another embodiment of the present invention, a method for manufacturing a nanostructure for bone regeneration may be mentioned.

상기 골 재생용 나노 구조체 제조 방법은 상기 칼슘 포스페이트 나노 입자를 100 내지 500℃의 온도로 소결하는 단계를 포함한다.The method for preparing the nanostructure for bone regeneration includes sintering the calcium phosphate nanoparticles at a temperature of 100 to 500°C.

상기 소결이 100 내지 500℃ 의 온도로 수행되는 경우, 골 재생용 나노 구조체는 하이드록시 아파타이트 구조를 유지될 수 있다. 그러나, 100℃ 미만의 경우에는 나노 입자의 소결이 이루어지지 않고, 500℃를 초과하는 경우 트리칼슘 포스페이트로 상변이가 일어나게 된다. 따라서, 100℃ 내지 500℃ 의 온도로 소결하는 것이 바람직하다.When the sintering is performed at a temperature of 100 to 500° C., the nanostructure for bone regeneration may maintain a hydroxyapatite structure. However, if the temperature is less than 100 ℃ sintering of the nanoparticles is not made, and if it exceeds 500 ℃ phase transition to tricalcium phosphate occurs. Therefore, it is preferable to sinter at a temperature of 100°C to 500°C.

상기 방법으로 얻어진 골 재생용 나노 구조체는 나노 기공(nanopore) 및 마이크로 기공(micropore)을 포함하고, 3차원의 계층 구조(hierarchical)를 갖는다. 따라서, 3차원의 계층 구조를 이용한 단백질 흡착, 또는 영양소 확산(nutrient diffusion) 등에 활용될 수 있다.The nanostructure for bone regeneration obtained by the above method includes nanopores and micropores and has a three-dimensional hierarchical structure. Therefore, it can be used for protein adsorption or nutrient diffusion using a three-dimensional hierarchical structure.

또한, 상기 골 재생용 나노 구조체는 3D 프린팅을 이용하여 스캐폴드 구조를 형성할 수도 있다.In addition, the nanostructure for bone regeneration may form a scaffold structure using 3D printing.

한편, 본 발명은 다른 실시 형태로 칼슘 포스페이트 나노 입자의 표면 개질 방법을 제공할 수 있다. 상기 칼슘 포스페이트 나노 입자의 표면 개질 방법은 EDC(1-ethyl-3-dimethylaminopropyl carbodiimide) 용액 상에서, 상기 칼슘 포스페이트 나노 입자를 티올기(-SH)를 포함하는 고분자와 반응시켜 상기 나노 입자의 표면을 개질하는 단계를 포함한다.Meanwhile, the present invention may provide a method for surface modification of calcium phosphate nanoparticles in another embodiment. The method of modifying the surface of the calcium phosphate nanoparticles is to modify the surface of the nanoparticles by reacting the calcium phosphate nanoparticles with a polymer containing a thiol group (-SH) in a 1-ethyl-3-dimethylaminopropyl carbodiimide (EDC) solution. It includes steps to

본 발명의 칼슘 포스페이트 나노 입자는 인산화 아미노산의 작용기를 함유하며, 이러한 작용기의 존재로 인해, 티올기(-SH)를 포함하는 고분자와 반응시켜 나노 입자의 표면을 개질할 수 있다. 상기 작용기는 합성에 사용된 인산화 아미노산의 종류에 따라 상이하며, 예를 들어, 세린, 티로신, 트레오닌, 히스티딘, 아르기닌, 라이신 등일 수 있다.The calcium phosphate nanoparticles of the present invention contain a phosphorylated amino acid functional group, and due to the presence of such a functional group, the surface of the nanoparticle can be modified by reacting with a polymer containing a thiol group (-SH). The functional group is different depending on the type of phosphorylated amino acid used in the synthesis, and may be, for example, serine, tyrosine, threonine, histidine, arginine, lysine, and the like.

또한, 상기 티올기(-SH)를 포함하는 고분자는 3-머캅토프로피온산(HSCH2CH2CO2H)인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the polymer containing the thiol group (-SH) is preferably 3-mercaptopropionic acid (HSCH 2 CH 2 CO 2 H), but is not limited thereto.

이하에서는 구체적인 실시예와 함께 본 발명의 내용을 추가적으로 설명하도록 하겠다.Hereinafter, the content of the present invention will be further described with specific examples.

다양한 농도(각각 1mM, 10mM, 100mM)의 포스포세린(phosphoserine) 용액과 염화칼슘 수용액을 이용하여 나노 입자를 합성하였다.Nanoparticles were synthesized using a phosphoserine solution and an aqueous calcium chloride solution at various concentrations (1 mM, 10 mM, and 100 mM, respectively).

구체적으로, 서로 다른 농도의 포스포세린(phosphoserine)을 정제수에 녹인 포스포세린 용액을 각각 준비하고, 60℃ 로 유지시켰다. 한편, 서로 다른 농도의 염화칼슘 수용액을 각각 준비하고, 60℃ 로 유지시켰다. 또한, 300mM 농도의 수산화나트륨 수용액을 준비하고, 60℃ 로 유지시켰다.Specifically, phosphoserine solutions in which different concentrations of phosphoserine were dissolved in purified water were prepared, respectively, and maintained at 60°C. Meanwhile, aqueous solutions of calcium chloride having different concentrations were prepared, respectively, and maintained at 60°C. In addition, an aqueous sodium hydroxide solution having a concentration of 300 mM was prepared and maintained at 60°C.

이후, 포스포세린 용액에 염화칼슘 수용액을 첨가한 후 10분 동안 혼합시켰다. 다음으로, 혼합 용액에 수산화나트륨 수용액을 첨가하고 8시간 동안 혼합시켜 칼슘 포스페이트 나노 입자를 합성하였다. 이때, 혼합 시의 온도는 60℃ 로 유지하였다.Thereafter, an aqueous calcium chloride solution was added to the phosphoserine solution and mixed for 10 minutes. Next, an aqueous sodium hydroxide solution was added to the mixed solution and mixed for 8 hours to synthesize calcium phosphate nanoparticles. At this time, the temperature during mixing was maintained at 60°C.

합성된 칼슘 포스페이트 나노 입자는 원심 분리를 이용하여 분리한 후, 증류수로 3회 세척하여 수득하였다.The synthesized calcium phosphate nanoparticles were obtained by separating using centrifugation and washing three times with distilled water.

도 2는 실시예 1에 따라 합성된 칼슘 포스페이트 나노 입자의 SEM 분석 이미지이다.2 is a SEM analysis image of calcium phosphate nanoparticles synthesized according to Example 1.

도 2를 보면, 포스포세린 1 ~ 100 mM, 염화칼슘 1 ~ 100 mM, 수산화나트륨 300 mM 농도 범위에서 칼슘 포스페이트 나노 입자가 성공적으로 합성된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that calcium phosphate nanoparticles were successfully synthesized in a concentration range of 1 to 100 mM phosphoserine, 1 to 100 mM calcium chloride, and 300 mM sodium hydroxide.

인산화 아미노산 종류에 따른 나노 입자 합성 결과를 확인하기 위해, 다양한 농도의 포스포세린(phosphoserine), 포스포티로신(phosphotyrosine), 포스포트레오닌(phosphothreonine)을 이용하여 나노 입자를 합성하였다.In order to confirm the nanoparticle synthesis result according to the phosphorylated amino acid type, nanoparticles were synthesized using various concentrations of phosphoserine, phosphotyrosine, and phosphothreonine.

포스포세린 (실시예 2-1)Phosphoserine (Example 2-1)

서로 다른 농도(30, 45, 60, 75, 90, 105, 150 mM)의 포스포세린(phosphoserine)을 증류수에 녹인 포스포세린 용액을 각각 준비하고, 60℃ 로 유지시켰다. 한편, 서로 다른 농도(0.9, 1.2, 1.5 mM)의 염화칼슘 수용액을 각각 준비하고, 60℃ 로 유지시켰다. 또한, 300mM 농도의 수산화나트륨 수용액을 준비하고, 60℃ 로 유지시켰다.Phosphoserine solutions of different concentrations (30, 45, 60, 75, 90, 105, 150 mM) in distilled water were prepared, respectively, and maintained at 60°C. Meanwhile, aqueous solutions of calcium chloride having different concentrations (0.9, 1.2, and 1.5 mM) were prepared, respectively, and maintained at 60°C. In addition, an aqueous sodium hydroxide solution having a concentration of 300 mM was prepared and maintained at 60°C.

이후, 포스포세린 용액에 염화칼슘 수용액을 첨가한 후 10분 동안 혼합시켰다. 다음으로, 혼합 용액에 수산화나트륨 수용액을 첨가하고 8시간 동안 혼합시켜 칼슘 포스페이트 나노 입자를 합성하였다. 이때, 혼합 시의 온도는 60℃ 로 유지하였다.Thereafter, an aqueous calcium chloride solution was added to the phosphoserine solution and mixed for 10 minutes. Next, an aqueous sodium hydroxide solution was added to the mixed solution and mixed for 8 hours to synthesize calcium phosphate nanoparticles. At this time, the temperature during mixing was maintained at 60°C.

합성된 칼슘 포스페이트 나노 입자는 원심 분리를 이용하여 분리한 후, 증류수로 3회 세척하여 수득하였다.The synthesized calcium phosphate nanoparticles were obtained by separating using centrifugation and washing three times with distilled water.

포스포티로신 (실시예 2-2)Phosphotyrosine (Example 2-2)

서로 다른 농도(60, 75, 90 mM)의 포스포티로신(phosphotyrosine)을 증류수에 녹인 포스포티로신 용액을 각각 준비하고, 60℃ 로 유지시켰다. 이외의 다른 실험 조건은 실시예 2-1과 동일하게 수행하여, 칼슘 포스페이트 나노 입자를 합성하였다.Phosphotyrosine solutions of different concentrations (60, 75, 90 mM) dissolved in distilled water were prepared, respectively, and maintained at 60°C. Other experimental conditions were performed in the same manner as in Example 2-1 to synthesize calcium phosphate nanoparticles.

포스포세린 (실시예 2-3)Phosphoserine (Examples 2-3)

포스포티로신(phosphotyrosine) 대신에 포스포트레오닌(phosphothreonine)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2-2와 동일한 방법으로 칼슘 포스페이트 나노 입자를 합성하였다.Calcium phosphate nanoparticles were synthesized in the same manner as in Example 2-2, except that phosphothreonine was used instead of phosphotyrosine.

도 3은 실시예 2에 따라 합성된 칼슘 포스페이트 나노 입자들의 SEM 분석 이미지이다.3 is a SEM analysis image of calcium phosphate nanoparticles synthesized according to Example 2.

도 3을 보면, 포스포세린 30 ~ 105 mM, 염화칼슘 0.9 ~ 1.5 mM, 수산화나트륨 300 mM 농도 범위에서 칼슘 포스페이트 나노 입자가 성공적으로 합성된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3 , it can be seen that calcium phosphate nanoparticles were successfully synthesized in a concentration range of 30 to 105 mM phosphoserine, 0.9 to 1.5 mM calcium chloride, and 300 mM sodium hydroxide.

포스포티로신 및 포스포트레오닌의 경우, 60 ~ 90 mM 의 농도 범위에서 칼슘 포스페이트 나노 입자가 성공적으로 합성된 결과를 나타냈다.In the case of phosphotyrosine and phosphothreonine, calcium phosphate nanoparticles were successfully synthesized in the concentration range of 60 to 90 mM.

실시예 2-1에서, 포스포세린 90 mM, 염화칼슘 1.2 mM, 수산화나트륨 300 mM 조건으로 합성된 칼슘 포스페이트 나노 입자(이하, 실시예라 명명)를 TEM, SAED 및 EDS 로 분석하고, 그 결과를 도 4에 도시하였다.In Example 2-1, calcium phosphate nanoparticles synthesized under conditions of phosphoserine 90 mM, calcium chloride 1.2 mM, sodium hydroxide 300 mM (hereinafter referred to as Example) were analyzed by TEM, SAED and EDS, and the results are shown in FIG. 4 shown in

도 4의 (a)를 보면, 합성된 나노 입자가 다공성 형태를 보이고, 그레인(grain) 형상을 나타내는 칼슘 포스페이트임을 확인할 수 있고, 하이드록시 아파타이트 결정 구조를 나타냄을 알 수 있다.Referring to (a) of FIG. 4 , it can be seen that the synthesized nanoparticles have a porous form, are calcium phosphate having a grain shape, and have a hydroxyapatite crystal structure.

또한, 도 4의 (b)에서 상기 나노 입자의 성분으로 Ca, P, O 원소가 검출된 결과를 알 수 있다.In addition, in (b) of FIG. 4 , it can be seen that Ca, P, and O elements were detected as components of the nanoparticles.

칼슘 포스페이트 나노 입자 특성Calcium phosphate nanoparticle properties

합성된 나노 입자의 특성을 평가하기 위해, 실시예 2-1 및 2-2에 따라 합성한 칼슘 포스페이트 나노 입자의 유체역학적 크기(hydrodynamic size) 및 표면 전위를 측정하고, ICP-OES 분석을 수행한 후, 그 결과를 도 5에 도시하였다. 비교예로는 기존의 하이드록시아파타이트 나노 입자(HAp) 및 DNApatite를 사용하였다.In order to evaluate the characteristics of the synthesized nanoparticles, the hydrodynamic size and surface potential of the calcium phosphate nanoparticles synthesized according to Examples 2-1 and 2-2 were measured, and ICP-OES analysis was performed. After that, the results are shown in FIG. 5 . As a comparative example, conventional hydroxyapatite nanoparticles (HAp) and DNApatite were used.

도 5(a)를 참조하면, 칼슘의 농도 변수에서, 포스포세린을 이용한 나노 입자(실시예 2-1)의 크기는 약 160 nm 이고, 포스포티로신을 이용한 나노 입자(실시예 2-2)의 크기는 약 130 nm 으로 측정되어, 큰 차이를 보이지 않았다.Referring to Figure 5 (a), in terms of the concentration of calcium, the size of the nanoparticles using phosphoserine (Example 2-1) is about 160 nm, and the nanoparticles using phosphotyrosine (Example 2-2) The size of was measured to be about 130 nm, showing no significant difference.

한편, 표면 전위를 측정한 결과를 보면, 실시예 2-1 및 2-2 에 따라 합성된 나노 입자들의 표면 전위는 -3 ~ -5 mV 로, 비교예인 기존의 하이드록시아파타이트 나노 입자(HAp)와 DNApatite에 비해 중성에 가까운 전위를 가지는 것으로 나타났다.On the other hand, looking at the results of measuring the surface potential, the surface potential of the nanoparticles synthesized according to Examples 2-1 and 2-2 was -3 to -5 mV, and the conventional hydroxyapatite nanoparticles (HAp) as comparative examples It was found to have a potential close to neutral compared to that of DNApatite and DNApatite.

또한, 도 5(b)에 나타난 바와 같이, 본 발명의 나노 입자의 Ca 및 P 의 비율을 ICP-OES를 통해 확인하였을 때, 모두 1.6 으로 동일한 값을 나타냈다. 이러한 결과는 본 발명의 실시예에 따라 합성된 칼슘 포스페이트 나노 입자가 하이드록시 아파타이트 결정 구조를 가짐을 나타낸다.In addition, as shown in FIG. 5(b), when the ratio of Ca and P of the nanoparticles of the present invention was confirmed through ICP-OES, they all showed the same value of 1.6. These results indicate that the calcium phosphate nanoparticles synthesized according to the examples of the present invention have a hydroxyapatite crystal structure.

실시예 2-1에 따라 합성한 칼슘 포스페이트 나노 입자, 하이드록시 아파타이트 및 포스포세린을 적외선 분광기(FT-IR)를 사용하여 분석하고, 그 결과를 도 6에 나타냈다.Calcium phosphate nanoparticles, hydroxyapatite and phosphoserine synthesized according to Example 2-1 were analyzed using infrared spectroscopy (FT-IR), and the results are shown in FIG. 6 .

도 6에 나타나듯이, 본 발명에 따른 칼슘 포스페이트 단일 화합물(pS-HAp)은 합성에 사용된 포스포세린과 기존 칼슘 포스페이트가 가지는 화학 결합을 공통적으로 지니고 있음을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 6, it can be confirmed that the calcium phosphate single compound (pS-HAp) according to the present invention has a chemical bond in common with phosphoserine used in the synthesis and existing calcium phosphate.

위의 결과는 본 발명에 따른 칼슘 포스페이트 나노 입자가 포스포세린을 인 공급원으로 사용한 칼슘 포스페이트 나노 입자임을 나타낸다.The above results indicate that the calcium phosphate nanoparticles according to the present invention are calcium phosphate nanoparticles using phosphoserine as a phosphorus source.

실시예 2-1에 따라 합성한 칼슘 포스페이트 나노 입자를 동결 건조시켜 골 재생용 나노 구조체를 제조하였다.A nanostructure for bone regeneration was prepared by freeze-drying the calcium phosphate nanoparticles synthesized according to Example 2-1.

이후, 골아세포(MC3T3-E1)를 이용하여, 골 재생용 나노 구조체의 생체적합성 실험(MTT assay)을 진행하고, 그 결과를 도 7에 나타냈다.Thereafter, using osteoblasts (MC3T3-E1), a biocompatibility test (MTT assay) of the nanostructure for bone regeneration was performed, and the results are shown in FIG. 7 .

도 7의 좌측의 세포 적합성 실험(MTT assay) 결과에서 보여주듯, 매우 높은 농도(200 ㎍/mL)의 골 재생용 나노 구조체를 처리해주어도 독성이 없는 것(cell viability 80% 이상)을 알 수 있다.As shown in the cell compatibility test (MTT assay) result on the left side of FIG. 7, it can be seen that there is no toxicity (cell viability 80% or more) even when a very high concentration (200 μg/mL) of the nanostructure for bone regeneration is treated. .

또한, 골아세포의 골세포로의 분화 지표인 ALP assay를 진행한 결과를 도 7의 우측에 나타내었다.In addition, the results of the ALP assay, which is an indicator of differentiation of osteoblasts into osteocytes, are shown on the right side of FIG. 7 .

기존의 조밀한 하이드록시 아파타이트(HAp), 트리칼슘포스페이트(TCP)를 함께 비교하였을 때, 단일화합물(pS-HAp) 유래 나노 구조체가 시간이 지날수록 골아세포의 ALP 분화를 매우 촉진한 것을 볼 수 있다. 이는 단일화합물(pS-HAp) 유래 나노 구조체가 골아세포를 골세포로 분화시키는 능력이 기존의 하이드록시아파타이트 나노 입자들보다 월등함을 보여준다.When comparing the existing dense hydroxyapatite (HAp) and tricalcium phosphate (TCP) together, it can be seen that the nanostructure derived from a single compound (pS-HAp) greatly promotes ALP differentiation of osteoblasts over time. there is. This shows that the ability of the single compound (pS-HAp)-derived nanostructure to differentiate osteoblasts into osteocytes is superior to existing hydroxyapatite nanoparticles.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.The description of the presented embodiments is provided to enable any person skilled in the art to use or practice the present invention. Various modifications to these embodiments will be apparent to those skilled in the art, and the general principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the present invention. Thus, the present invention is not to be limited to the embodiments presented herein, but is to be construed in the widest scope consistent with the principles and novel features presented herein.

Claims (16)

인산화 아미노산을 포함하는 용액에 칼슘 전구체를 포함하는 수용액을 첨가하여 혼합하는 제1 단계; 및
혼합 용액에 수산기를 함유하는 염기성 물질을 첨가하고 혼합하는 제2 단계;를 포함하고,
상기 인산화 아미노산은 포스포세린(phosphoserine), 포스포티로신(phosphotyrosine) 또는 포스포트레오닌(phosphothreonine)을 포함하고,
상기 제2 단계 후 합성된 칼슘 포스페이트 나노 입자는 다수의 기공을 포함하며, 하이드록시 아파타이트 결정 구조를 가지고, 그레인(grain) 형상을 나타내며,
상기 나노 입자의 크기는 120 내지 170 nm 이고, 상기 칼슘 포스페이트 나노 입자의 표면 전위는 -3 내지 -5 mV 인 것을 특징으로 하는,
칼슘 포스페이트 나노 입자 합성 방법.
A first step of adding and mixing an aqueous solution containing a calcium precursor to a solution containing phosphorylated amino acids; and
A second step of adding a basic substance containing a hydroxyl group to the mixed solution and mixing;
The phosphorylated amino acid includes phosphoserine, phosphotyrosine or phosphothreonine,
The calcium phosphate nanoparticles synthesized after the second step include a plurality of pores, have a hydroxyapatite crystal structure, and exhibit a grain shape,
Characterized in that the size of the nanoparticles is 120 to 170 nm, and the surface potential of the calcium phosphate nanoparticles is -3 to -5 mV,
A method for synthesizing calcium phosphate nanoparticles.
제1항에 있어서,
상기 혼합 시의 온도는 55 내지 65℃ 로 유지함을 특징으로 하는,
칼슘 포스페이트 나노 입자 합성 방법.
According to claim 1,
Characterized in that the temperature during the mixing is maintained at 55 to 65 ° C.
A method for synthesizing calcium phosphate nanoparticles.
제1항에 있어서,
상기 제1 단계의 혼합은 5 내지 15 분 동안 수행하고,
상기 제2 단계의 혼합은 7 내지 9 시간 동안 수행함을 특징으로 하는,
칼슘 포스페이트 나노 입자 합성 방법.
According to claim 1,
Mixing in the first step is performed for 5 to 15 minutes,
Characterized in that the mixing of the second step is performed for 7 to 9 hours,
A method for synthesizing calcium phosphate nanoparticles.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 칼슘 전구체는 염화칼슘(CaCl2), 질산칼슘(Ca(NO3)2), 아세트산칼슘(Ca(C2H3O2)2) 및 칼슘 에톡사이드(Ca(OEt)2) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함함을 특징으로 하는,
칼슘 포스페이트 나노 입자 합성 방법.
According to claim 1,
The calcium precursor is any one selected from calcium chloride (CaCl 2 ), calcium nitrate (Ca(NO 3 ) 2 ), calcium acetate (Ca(C 2 H 3 O 2 ) 2 ) and calcium ethoxide (Ca(OEt) 2 ) Characterized by including the above,
A method for synthesizing calcium phosphate nanoparticles.
제1항에 있어서,
상기 수산기를 함유하는 염기성 물질은 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화암모늄(NH4(OH))을 포함함을 특징으로 하는,
칼슘 포스페이트 나노 입자 합성 방법.
According to claim 1,
Characterized in that the basic substance containing a hydroxyl group includes sodium hydroxide (NaOH) or ammonium hydroxide (NH 4 (OH)),
A method for synthesizing calcium phosphate nanoparticles.
제1항에 있어서,
상기 인산화 아미노산의 농도가 1 내지 100 mM 및 상기 칼슘 전구체의 농도가 0.9 내지 100 mM 범위이고, 상기 수산기를 함유한 염기성 물질의 농도가 200 내지 400 mM 범위에서, 칼슘 포스페이트 나노 입자가 합성됨을 특징으로 하는,
칼슘 포스페이트 나노 입자 합성 방법.
According to claim 1,
Characterized in that the concentration of the phosphorylated amino acid is in the range of 1 to 100 mM and the concentration of the calcium precursor is in the range of 0.9 to 100 mM, and the concentration of the basic substance containing the hydroxyl group is in the range of 200 to 400 mM, calcium phosphate nanoparticles are synthesized doing,
A method for synthesizing calcium phosphate nanoparticles.
삭제delete 삭제delete 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 칼슘 포스페이트 나노 입자로서,
다수의 기공을 포함하며, 하이드록시 아파타이트 결정 구조를 가지며, 그레인(grain) 형상을 나타내며,
상기 나노 입자의 크기는 120 내지 170 nm 이고, 상기 칼슘 포스페이트 나노 입자의 표면 전위는 -3 내지 -5 mV 인 것을 특징으로 하는,
칼슘 포스페이트 나노 입자.
A calcium phosphate nanoparticle prepared according to the method of any one of claims 1 to 3 and 5 to 7,
Contains a large number of pores, has a hydroxyapatite crystal structure, and exhibits a grain shape,
Characterized in that the size of the nanoparticles is 120 to 170 nm, and the surface potential of the calcium phosphate nanoparticles is -3 to -5 mV,
Calcium phosphate nanoparticles.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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