KR20000070171A

KR20000070171A - 신규의 미네랄과 그 생산 및 사용방법

Info

Publication number: KR20000070171A
Application number: KR1019997006397A
Authority: KR
Inventors: 사피에스즈코로날드에스; 에브에릭엠.
Original assignee: 오르토비타 인코퍼레이티드
Priority date: 1997-01-16
Filing date: 1998-01-13
Publication date: 2000-11-25
Also published as: AU5913798A; US6969501B2; JP2000512971A; EP0980338A1; DE69825156T2; JP2008050260A; PT980338E; TW442440B; ZA9711219B; US5939039A; US20020039552A1; EP0980338A4; CA2278176A1; DE69825156D1; AU730352B2; IL130738A0; ES2226094T3; EP0980338B1; JP4135990B2; JP4987655B2

Abstract

본 발명은 하나 이상의 단순한 옥소산 음이온들과 결합된 하나 이상의 금속 음이온으로 이루어진 금속염의 균일한 크기와 형태의 미립자들을 제공하며, 수용액으로부터 상기 금속염의 조절된 침전에 대한 일반적인 방법을 제공한다. 상기 방법들은 침전성 음이온 종류들을 생성하는 제1 옥소산 음이온의 산화와 함께 옥소산 음이온과 유사하지 않은 제2의 비금속 원소가 동시에 환원되는 것으로 이루어져서 예를 들어 5B족 및 6B족(찰코제나이드), 그리고 7B족(할라이드)과 같은 하나 이상의 비금속성 원소의 단순 혹은 복합 옥소산 음이온이 본래적으로 균질하게 생성되도록 하는 것을 제공한다. 상기 옥소산 음이온은 하나 이상의 양이온과 함께 용액 내에서 초기에 존재하여 상기 침전성 음이온과 함께 불용성 염을 생성한다.

Description

신규의 미네랄과 그 생산 및 사용방법{Novel Minerals and Methods for their Production and Use}

미네랄 조성물, 특히 포스포러스-함유 미네랄의 제조에 대한 보다 나은 방법들은 끊임없이 요구되고 있다. 관련 문헌들에서 찾아 볼 수 있는 많은 연구들은 이러한 오랜 숙원의 일부분을 반영한다. 그러한 관심과 요구는 많은 산업적 이해관계에서 유래하였지만, 포유류의 뼈를 치료하고 대체하는 데에 이용되는 상기 뼈의 모조 물질을 제공하고자 하는 염원이 가장 주된 연구의 활력소가 되어 왔다. 상기 미네랄은 주로 치아와 뼈에서 발견되는 칼슘 포스페이트 애퍼타이트(calcium phosphate apatite)이다. 예를 들어, 타입-B 탄화된 하이드록시애퍼타이트 [Ca₅(PO₄)_3-x(CO₃)_x(OH)]는 그것으로부터 형성된 신체 부위의 최종 조성물, 결정의 크기, 형태 및 구조를 결정하는 여러 단백질과 유기적 구성물의 변화와 함께 신체 내에서 발견되는 기본적인 미네랄 형태이다.

칼슘 포스페이트 세라믹은 접합제 등과 같은 것으로 응용되어 지금까지 포유류의 성형된 신체와 같은 것을 포함한 많은 형태들로 가공 및 이식되어 왔다. 하이드록시애퍼타이트(HAp), 트리칼슘 포스페이트(TCP) 및 테트라칼슘 포스페이트 (TTCP)와 같은 갖가지의 화학양론적 조성물은 자연적인 뼈의 적응성, 생체 적합성, 구조 및 길이와 일치되도록 상기의 목적에 이용되어 왔다. 그러나 보다 향상된 칼슘 포스페이트 및 상기의 이용을 위한 전구물질 하이드록시애퍼타이트 물질을 제조하고자 하는 상당한 노력에도 불구하고, 결점들은 여전히 많이 남아 있다.

초기의 세라믹 생체 물질은 신체 내의 화학양론적 조절, 결정 형태, 표면 특성 및 최종 반응성을 제한하는 화학 및 공정상의 결점으로부터 유도된 문제점들을 나타내었다. 다양한 조성물에 있어서 천연 미네랄의 점진적인 제분 및 세분이 요구되었으며, 생체 내에서(in vivo) 이용하기 위한 새로운 상(phase)을 합성하기 위해 고온에서의 분말 블렌딩 및 세라믹 공정이 이루어졌다.

세라믹 생체 물질과 관련된 여러 특허들이 등록되었다. 이 특허들 중에는 B.R. Constanz의 「원래의 칼슘 포스페이트 미네랄의 방법 및 조성물(In situ calcium phosphate minerals-method and composition)」에 대한 미국특허 제4,880,610호; B.R. Constanz의 「원래의 칼슘 포스페이트 미네랄 방법(In situ calcium phosphate minerals method)」에 대한 미국특허 제5,047,031호; B.R. Constanz의 「원래의 제조된 칼슘 포스페이트 미네랄을 위한 방법(Method for in situ prepared calcium phosphate minerals)」에 대한 미국특허 제5,129,905호; H. Aoki 외의 「정형외과적 그리고 치과적 이식 세라믹 조성물 및 그 제조 방법」에 대한 미국특허 제4,149,893호; W.E. Brown 외의 「조광소 및 접합제로서 슬러리 및 페이스트에 거의 용해되지 않는 칼슘 포스페이트의 조합」에 대한 미국특허 제4,612,053호; E.T. Farris 외의 「고체 칼슘 포스페이트 물질」에 대한 미국특허 제4,673,355호; J.W. Palmer 외의 「하이드록시애퍼타이트의 제조 방법」에 대한 미국특허 제4,849,193호; M. Sumita의 「칼슘 포스페이트의 제조 방법」에 대한 미국특허 제4,897,250호; Y. Hakamatsuka의 「칼슘 포스페이트의 제조 방법」에 대한 미국특허 제5,322,675호; M. Hirano 외의 「칼슘 포스페이트 과립상 접합제 및 그 제조 방법」에 대한 미국특허 제5,338,356호; F. Nagata 외의 「플레이트형 하이드록시애퍼타이트의 제조 방법」에 대한 미국특허 제5,427,754호; I.C. Ison 외의 「안정된 칼슘 포스페이트 접합제의 저장」에 대한 미국특허 제5,496,399호; L.C. Chow 외의 「칼슘 포스페이트 하이드록시애퍼타이트 전구물질과 그 제조 및 사용 방법」에 대한 미국특허 제5,522,893호; L.C. Chow 외의 「칼슘 포스페이트 하이드록시애퍼타이트 전구물질과 그 제조 및 사용 방법」에 대한 미국특허 제5,545,254호; B. Rubin 외의 「브러쉬형태의 결정의 제조 방법」에 대한 미국특허 제3,679,360호; L.C. Chow 외의 「자가-응고(self-setting) 칼슘 접합제와 그 제조 및 사용 방법」에 대한 미국특허 제5,525,148호; J. Vit 외의 「칼슘 포스페이트 물질」에 대한 미국특허 제5,034,352호; 및 A. Imura 외의 「테트라칼슘 포스페이트-기저 물질 및 그 제조 방법」에 대한 미국특허 제5,409,982호가 있다.

그러나 이러한 진보적인 것들이 세라믹 공정 기술에 있어서 출발물질 및 종국적인 최종 물질을 보다 잘 조절하는 세라믹 생체 물질을 이끌어 내기는 했지만, 향상된 제조 방법들은 여전히 요구되고 있다. 또한, 향상된 생물학적 특성을 나타내는 생체 물질을 포함하는 칼슘 포스페이트의 제조 방법은 그러한 진보적인 것을 달성하기 위한 또 다른 많은 노력들에도 불구하고 절대적으로 요구된다.

게다가, 본 발명의 기본 목적은 향상된 미네랄, 특히 포스포러스-함유 미네랄을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 향상된 수율, 낮은 공정 온도, 생성물의 형성에 있어서 보다 더 큰 융통성 및 조절성을 갖으며 향상된 균일성, 생물학적 활성 및 다른 특성들을 유발하는 능력을 갖는 상기 미네랄을 형성하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 합성적인 미네랄을 형성하는 공정의 수율 및 조절성을 향상시키기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 정형외과적 그리고 치과적 절차에 있어서 뼈의 치료 및 대체에 이용되는 접합 조성물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 실질적으로 균일하며, 동시에 비-화학양론적인 미네랄을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 본 명세서를 통하여 더욱 뚜렷해질 것이다.

본 발명은 미네랄, 특히 포스포러스를 함유하고 있는 미네랄을 제조하는 방법과 이와 같이 제조된 상기 미네랄 및 그 사용방법에 관한 것이다. 일정한 구체예에 의해, 실질적으로 균일하며, 그리고 동시에 비-화학양론적으로 신규한 미네랄이 제공된다. 조성물 및 형태에 있어서 뛰어난 조절성을 제공하는 신규의 저온 기술을 통해 상기한 것들이 제공될 수 있다.

제1도는 본 발명의 하나의 구체에에 따라 제조된, RPR에 의해 생성된 다상의(multiphasic) β-트리칼슘 포스페이트(β-TCP) + 타입-B 탄화된 애퍼타이트(c-HAp)[β-Ca₃(PO₄)₂+ Ca₅(PO₄)_3-x(CO₃)_x(OH)]의 집합적인 물리적 구조를 묘사한 것이다. 전체 미립자 덩어리는 대략 10㎛이며, 각각의 미소 결정은 일반적으로 약 1㎛ 보다 작고, 미립자의 크기와 형태에 있어서 비교적 균일하다.

제2도는 본 발명에 따라 열수 침전으로부터 형성된 모네타이트(monetite), 즉 CaHPO₄의 미립자들이 모여진 형태를 나타낸 것이다. 상기 완전한 미립자의 집합체는 일반적으로 약 30㎛이며, 비교적 균일한 직각의 입방체들 및 여러 크기와 각도 비율의 플레이트들과 같은 결정들을 이루고 있다.

제3도는 1시간 동안 100℃에서 열처리를 한, RPR에 의해 생성된 칼슘 포스페이트 전구물질 미네랄의 X-선 회절(XRD) 곡선이다. 피크 위치 및 상대적인 강도는 결정상의 모네타이트가 존재한다는 것을 나타낸다.

제4도는 1시간 동안 300℃에서 열처리를 한, RPR에 의해 생성된 칼슘 포스페이트 전구물질 미네랄의 X-선 회절(XRD) 곡선이다. 피크 위치 및 상대적인 강도는 결정상의 모네타이트가 존재한다는 것을 나타낸다.

제5도는 1시간 동안 500℃에서 열처리를 한, RPR에 의해 생성된 칼슘 포스페이트 전구물질 미네랄의 X-선 회절(XRD) 곡선이다. 피크 위치 및 상대적인 강도는 결정상의 β-트리칼슘 포스페이트(β-TCP)[주상(major phase)] + 칼슘 피로포스페이트(CaH₂P₂O₇)[부상(minor phase)]가 존재한다는 것을 나타낸다.

제6도는 1시간 동안 500℃에서 열처리를 한, RPR에 의해 생성된 칼슘 포스페이트 전구물질 미네랄의 X-선 회절(XRD) 곡선이다. 피크 위치 및 상대적인 강도는 결정상의 β-트리칼슘 포스페이트(β-TCP)[주상] + 애퍼타이트(Ca₅(PO₄)₃(OH)) [부상(minor phase)]가 존재한다는 것을 나타낸다.

제7도는 [CO₃]^2-를 첨가하지 않고 1시간 동안 500℃에서 열처리를 한, RPR에 의해 생성된 칼슘 포스페이트 전구물질 미네랄의 X-선 회절(XRD) 곡선이다. 피크 위치 및 상대적인 강도는 결정상의 β-트리칼슘 포스페이트(β-TCP)[주상] + 애퍼타이트(Ca₅(PO₄)₃(OH))[부상(minor phase)]가 존재한다는 것을 나타낸다.

제8도는 [CO₃]^2-를 첨가하고 1시간 동안 500℃에서 열처리를 한, RPR에 의해 생성된 칼슘 포스페이트 전구물질 미네랄의 X-선 회절(XRD) 곡선이다. 피크 위치 및 상대적인 강도는 결정상의 β-트리칼슘 포스페이트(β-TCP)[주상] + 애퍼타이트(Ca₅(PO₄)₃(OH))[부상(minor phase)]가 존재한다는 것을 나타낸다. 스펙트럼은 HAp 피크의 강도에 있어서 제7도에 비하여 상당한 차이가 있음을 나타낸다.

제9도는 제8도에서 이용된 칼슘 포스페이트의 푸리에 변형 적외선(FTIR) 스펙트럼을 묘사한 것으로 880, 1400 및 1450cm^-1에서의 [CO₃]^2-의 변화량과 540 내지 610 및 1100 내지 1250cm^-1각각에서의 P-O, P=O 결합 진폭을 나타낸 것이다. 제7도의 상기 물질의 FTIR 곡선(낮은 곡선)은 880cm^-1에서 탄소 피크가 결여된 것을 보여준다.

제10도는 1시간 동안 500℃에서 열처리를 한, RPR에 의해 생성된 아연 포스페이트 전구물질 미네랄의 X-선 회절(XRD) 곡선이다. 피크 위치 및 상대적인 강도는 결정상의 Zn₃(PO₄)₂가 존재한다는 것을 나타낸다.

제11도는 1시간 동안 500℃에서 열처리를 한, RPR에 의해 생성된 철 포스페이트 전구물질 미네랄의 X-선 회절(XRD) 곡선이다. 피크 위치 및 상대적인 강도는 결정상의 그래프토나이트(Graftonite)[Fe₃(PO₄)₂]가 존재한다는 것을 나타낸다.

제12도는 1시간 동안 500℃에서 열처리를 한, RPR에 의해 생성된 알루미늄 포스페이트 전구물질 미네랄의 X-선 회절(XRD) 곡선이다. 피크 위치 및 상대적인 강도는 결정상의 AlPO₄가 존재한다는 것을 나타낸다.

제13도는 1시간 동안 500℃에서 열처리를 한, HYPR에 의해 생성된 칼슘 포스페이트 전구물질 미네랄의 X-선 회절(XRD) 곡선이다. 피크 위치 및 상대적인 강도는 아직 동정되지 않은 칼슘 포스페이트 결정상이 존재한다는 것을 나타낸다.

제14도는 1시간 동안 500℃에서 열처리를 한, HYPR에 의해 생성된 칼슘 포스페이트 전구물질 미네랄의 X-선 회절(XRD) 곡선이다. 피크 위치 및 상대적인 강도는 아직 동정되지 않은 칼슘 포스페이트 결정상과 소량의 HAp가 존재한다는 것을 나타낸다.

제15도는 1시간 동안 500℃에서 열처리를 한, HYPR에 의해 생성된 칼슘 포스페이트 전구물질 미네랄의 X-선 회절(XRD) 곡선이다. 피크 위치 및 상대적인 강도는 결정상의 모네타이트[CaHPO₄]가 존재한다는 것을 나타낸다.

제16도는 1시간 동안 500℃에서 열처리를 하고 접합제로 혼합된, RPR과 HYPR에 의해 생성된 칼슘 포스페이트 전구물질 미네랄의 X-선 회절(XRD) 곡선이다. 피크 위치 및 상대적인 강도는 β-TCP + 타입-B 탄화된 애퍼타이트(c-HAp)[β-Ca₃(PO₄)₂+ Ca₅(PO₄)_3-x(CO₃)_x(OH)] 결정으로 혼합된 결정상의 모네타이트[CaHPO₄]가 존재한다는 것을 나타낸다.

제17A도는 1시간 동안 500℃에서 열처리를 한, RPR과 HYPR에 의해 생성된 칼슘 포스페이트 전구물질 미네랄의 X-선 회절(XRD) 곡선이다. 피크 위치 및 상대적인 강도는 β-TCP + 타입-B 탄화된 애퍼타이트(c-HAp)[β-Ca₃(PO₄)₂+ Ca₅(PO₄)_3-x(CO₃)_x(OH)] 결정으로 혼합된 결정상의 모네타이트[CaHPO₄]가 존재한다는 것을 나타낸다.

제17B도는 1시간 동안 500℃에서 열처리를 하고 접합제 내로 혼합된 RPR과 HYPR에 의해 생성된 칼슘 포스페이트 전구물질 미네랄의 X-선 회절(XRD) 곡선이다. 피크 위치 및 상대적인 강도는 β-TCP + 타입-B 탄화된 애퍼타이트(c-HAp)[β-Ca₃(PO₄)₂+ Ca₅(PO₄)_3-x(CO₃)_x(OH)] 결정이 존재한다는 것을 나타낸다.

제18A도는 1시간 동안 500℃에서 열처리를 한, RPR에 의해 생성된 네오디뮴 포스페이트 전구물질 미네랄의 X-선 회절(XRD) 곡선이다. 피크 위치 및 상대적인 강도는 결정상의 네오디뮴 포스페이트 하이드레이트[NdPO₄·0.5H₂O]가 존재한다는 것을 나타낸다.

제18B도는 1시간 동안 700℃에서 열처리를 한, RPR에 의해 생성된 네오디뮴 포스페이트 전구물질 미네랄의 X-선 회절(XRD) 곡선이다. 피크 위치 및 상대적인 강도는 결정상의 모나자이트-네오디뮴(Monazite-Nd)[NdPO₄]이 존재한다는 것을 나타낸다.

제18C도는 1시간 동안 700℃에서 열처리를 한, RPR에 의해 생성된 세륨 포스페이트 전구물질 미네랄의 X-선 회절(XRD) 곡선이다. 피크 위치 및 상대적인 강도는 결정상의 모나자이트-세륨(Monazite-Ce)[CePO₄]이 존재한다는 것을 나타낸다.

제18D도는 1시간 동안 700℃에서 열처리를 한, RPR에 의해 생성된 이트륨 포스페이트 전구물질 미네랄의 X-선 회절(XRD) 곡선이다. 피크 위치 및 상대적인 강도는 결정상의 제노타임(Xenotime)[YPO₄]이 존재한다는 것을 나타낸다.

바람직한 구체예에 대한 상세한 설명

본 발명에 의한 방법은 적어도 하나의 금속 양이온과 적어도 하나의 옥소음이온(oxoanion)의 중간 전구물질 미네랄을 제조하기 위해 제공된다. 상기 방법은 금속 양이온 수용액 및 적어도 하나의 산화제를 제조하는 것을 포함한다. 상기 용액은 상기 산화제에 의해 산화될 수 있는 적어도 하나의 용해성 전구물질 음이온과 함께 증가되어 침전성 옥소음이온을 제공한다. 이와 같이 계획된 산화-환원 반응은 효과적인 온도 및 압력 조건하에서 상기 용액을 가열하여 일반적으로 개시된다. 본 발명의 바람직한 구체에에 의해서, 상기 산화-환원 반응은 적어도 하나의 가스 생성물을 방출시키고 중간 전구물질 미네랄을 상기 용액으로부터 침전시킨다.

이렇게 제조된 상기 중간 전구물질 미네랄은 여러 가지 방법으로 취급될 수 있다. 그러므로 하나 이상의 전형적인 예에 의해 미리 선택된 결정 구조 혹은 다른 미리 선택된 형태학적 구조가 제공되도록 취급된다.

본 발명의 바람직한 구체예에서, 상기 산화제는 니트레이트 이온이며, 가스 생성물은 일반식이 NO_x(g)인 산화 질소이다. 본 발명의 방법에 의해 제공되는 전구물질 미네랄은 실질적으로 균질성을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 또한 산화-환원 반응까지 도달하도록 하는 온도는, 상기 반응이 열수 조건하에서 혹은 압력 용기내에서 이루어질 경우만 제외하고는, 약 150℃를 넘지 않는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 바람직한 구체예에서, 본 발명의 방법에 의해 제공되는 중간 전구물질 미네랄은 칼슘 포스페이트이다. 상기 미네랄 전구물질의 주요 부분은 모든 칼슘 포스페이트의 일반적인 결정 형태와 동일성이 없는 고체상으로 이루어진다. 동시에, 본 발명의 상기 칼슘 포스페이트 미네랄 전구물질은 실질적으로 균질성이 있으며, 자연적으로 발생하는 물리적 혼합물 및 일반적인 결정상으로 이루어지지 않는다.

본 발명의 바람직한 구체예에서, 본 발명의 상기 저온 공정은 고농도의 용액으로부터 높은 순도 분말을 균일하게 침전시킨다. 그 다음의 적당한 열처리는 중간 물질을 예를 들어, 신규의 단상의(monophasic) 칼슘 포스페이트 미네랄 또는 신규의 두 가지 상의(biphasic) β-트리칼슘 포스페이트(β-TCP) + 타입-B 탄화된 애퍼타이트(c-HAp)[β-Ca₃(PO₄)₂+ Ca₅(PO₄)_3-x(CO₃)_x(OH)] 미립자들로 전환시킨다.

다른 바람직한 구체예에서, 칼슘 포스페이트 염은 적어도 하나의 전구물질 음이온을 포스포러스 옥소음이온으로 하는 방법을 통해서 제공되며, 하이포포스포러스 산, 또는 용해성 알칼리 혹은 알칼리토류 하이포포스파이트 염과 같이 적절히 주입된다. 상기 칼슘 포스페이트를 제조하기 위해서는 초기 pH를 약 3 이하로 유지하는 것이 바람직하며, pH 1 이하로 유지하는 것은 더욱 바람직하다.

본 발명의 방법에 의해 제조된 상기 중간 전구물질 미네랄은 그 자체가 신규하며 선행 방법들로부터 예측되지 않는 것이다. 그러므로, 상기 전구물질 미네랄은 비-화학양론적이며, 동시에 균일한 형태를 지닐 수 있다.

본 발명의 여러 구체예와 관련하여 상기 중간 전구물질 미네랄은 그 특징을 변화시키기 위하여 열처리나 혹은 다른 처리를 통하여 생성되는 것이 바람직하다. 그러므로, 상기 물질의 특정한 이익적 변형을 위해서 약 300℃ 내지 700℃의 온도로 열을 가할 수 있다. 상기 열처리는 상기 미네랄 전구물질로부터 나온 이질적인 물질을 제거할 것이며, 여러 경우에 상기 미네랄 전구물질의 조성물 및 형태가 변경될 것이며, 그리고 상기 미네랄이 특수화되고 정선된 결정 구조를 이룰 수 있다. 그러한 열처리는 최종산물인 미네랄 상을 생산하는 선행 방법들에 의해 일반적으로 이용될 수 있는 온도보다 상당히 낮은 온도에서 이루어진다. 또한, 본 발명의 상기 열처리는 모네타이트(monetite), 디칼슘 또는 트리칼슘 포스페이트, 테트라칼슘 포스페이트 등의 일반적인 결정 형태 구조를 제공하기 위해서가 아니라, 본 발명을 실시함에 있어서 매우 유용한 신규하며 비자명한 형태를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 의해, 여기에서 형성된 상기 미네랄은 산업 및 의학 등의 여러 분야에서 광범위하게 이용된다. 그러므로, 본 발명의 바람직한 구체예에 의해 제조된 칼슘 포스페이트 미네랄은 뼈 및 치아 물질 등의 복원을 위한 정형외과 및 치과 수술에 이용될 수 있다. 상기 본 발명의 미네랄은 결정 생성, 세라믹 공정, 유리 제조, 촉매, 생체 분리, 제약학적 부형제(excipient), 인조 보석 등과 같은 화학 및 세라믹 공정, 그리고 많은 산업적 방법에서 전구물질로 이용될 수 있다. 본 발명에 따라 제조되는 독특한 조성물인 미네랄의 균일한 미세구조는 상기 물질에 대해 매우 큰 유용성과 부가가치를 부여한다.

본 발명에 의해 제공되는 향상된 전구물질이 화학 및 세라믹 공정으로 이용되면 저온에서도 형성되고, 상 변이 동력이 가속되며, 그리고 조성물의 조절성, 동질성 및 유연성이 증가하게 된다. 또한, 이렇게 화학적으로 유도된 세라믹 전구물질은 미세한 결정의 크기와 균일한 형태를 가지며, 신체 내에서 발견되는 자연적인 구조를 매우 유사하게 모조할 수 있는 가능성이 있다.

금속 양이온과 포스페이트 음이온 함유 수용액으로부터 특정한 상의 침전을 조절하는 것은 매우 도전하기 어려운 기술이다. 칼슘 및 포스페이트 이온 함유계에 의해서, 상기의 상태는 광화 작용(mineralization)이 이루어질 수 있는 용이한 상의 변형과 마찬가지로 결정화 반응에서 수반될 수 있는 상의 다양성에 의해 더 복잡해진다. 칼슘 및 포스페이트 함유 수용성계의 용액 캐미스트리는 pH, 온도, 농도, 음이온 특성, 침전율 및 동화 흡수 시간(digestion time) 등의 기능에 대해 매우 심도 있게 연구되어 왔다(P. Koutscoukos, Z. Amjad., M.B. Tomson 및 G.H. Nancollas, 「칼슘 포스페이트의 결정화 및 그 조성물에 관한 연구」, J. Am. Chem. Soc. 102: 1553(1980); A.T.C. Wong 및 J.T. Czeruszka, 「수성 매질 내 칼슘 포스페이트의 침전 및 변형 작용」, Hydroxyapatite and Related Materials, pp189-196(1994), CRC Press Inc.; G.H. Nancollas, 「시험관 내(in vitro)에서의 칼슘 포스페이트 결정화에 대한 연구」, Biomineralization - Chemical and Biochemical Perspectives, pp 157-187(1989)).

용해성 생성물에 대한 연구는 상기 용액 캐미스트리에 있어서 엄격한 제한을 부과한다. 더욱이, 특정한 칼슘 포스페이트 상을 생성하기 위한 방법은 많은 기술들과 특허들에서 개시하고 있다(R.Z. LeGeros, 「옥타칼슘 포스페이트(OCP)의 제조: 직행 급속 방법」, Calcif. Tiss. Int. 37: 194(1985)). 위에서 언급한 바와 같이, 상기 전술한 기술 분야 중 어떤 것에도 본 발명이 이용되지 않았다.

여러 가지 거의 용해되지 않는 칼슘 포스페이트 결정 상들은 소위 "기본적인" 칼슘 포스페이트로 불리우며, α- 및 β-트리칼슘 포스페이트(α-TCP, β-TCP, Ca₃(PO₄)₂), 테트라칼슘 포스페이트(TTCP, Ca₄(PO₄)₂O), 옥타칼슘 포스페이트(OCP, Ca₄H(PO₄)₃·nH₂O, 2<n<3), 그리고 칼슘 하이드록시애퍼타이트(HAp, Ca₅(PO₄)₃(OH))를 포함하는 성질을 지닌 것으로 알려져 왔다. 용해성 칼슘 포스페이트 상은 소위 "산성의" 칼슘 포스페이트 결정 상으로 불리우며, 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(brushite-DCPD, CaHPO_4·H₂O), 디칼슘 포스페이트 안하이드러스(monetite-DCPA, CaHPO₄), 모노칼슘 포스페이트 모노하이드레이트(MCPM, Ca(H₂PO₄)₂·H₂O), 그리고 모노칼슘 포스페이트 안하이드러스(MCPA, Ca(H₂PO₄)₂)를 포함한다. 상기 칼슘 화합물들은 뼈의 접합제 및 뼈 이식 물질 분야에 있어서 매우 중요하다. DCPD, DCPA, α-TCP, β-TCP, TTCP, OCP 및 HAp를 단독으로 혹은 조합적으로 사용하면 생체 적합적인 코팅제, 충진제, 접합제 및 뼈를 형성하는 물질이 될 수 있다는 것은 잘 알려져 있다(F.C.M. Driessens, M.G. Boltong, O. Bermudez, J.A. Planell, M.P. Ginebra 및 E. Fernandez, 「칼슘 포스페이트 뼈 접합제의 제조를 위한 효과적인 공식(formulation)」, J. Mat. Sci.: Mat. Med. 5: 164(1994); R.Z. LeGeros, 「칼슘 포스페이트 세라믹의 생체 분해 및 생체 재흡수」, Clin. Mat. 14(1): 65(1993); K. Ishikawa, S. Takagi, L.C. Chow 및 Y. Ishikawa, 「급속-응고 칼슘 포스페이트 접합제의 특징 및 기작」, J. Mat. Sci.: Mat. Med. 6: 528(1995); A.A. Mirtchi, J. Lemaitre 및 E. Munting, 「칼슘 포스페이트 접합제: β-트리칼슘포스페이트 - 디칼슘 포스페이트 - 방해석 접합제의 응고 및 경화에 있어서 플루오르화물의 효과」, Biomat. 12: 505(1991); 및 J.L. Lacout, 「바이오세라믹으로서 칼슘 포스페이트」, Biomaterials - Hard Tissue Repair and Replacement, pp81-95(1992), Elsevier Science Publishers).

일반적으로 이러한 상들은 (a) 용액-유도 전구물질인 칼슘 포스페이트 물질, (b) 칼슘 염의 물리적인 블렌드 또는 (c) 천연 산호의 열 혹은 열수 전환을 통해 얻어진다. 고온 즉, 약 800℃ 이상에서 전통적인 세라믹 공정을 통해, 합성된 칼슘 포스페이트 전구물질 화합물은 TCP 혹은 TTCP로 열 변형된다. 이와 같이, 칼슘 포스페이트 전구물질을 생산하는 여러 합성 경로에도 불구하고, 이 기술 분야에서 이용되는 상기 "기본적인" 칼슘 포스페이트 물질은 오랜 기간 동안 일반적으로 고온에서 처리되었다. 본 발명과는 다른 "기본적인" 칼슘 포스페이트 물질을 제조에 대해서는 H. Monma, S. Ueno 및 T. Heughebaert, 「트리칼슘 포스페이트 가수분해에 의해 제조되는 하이드록시애퍼타이트의 특성」, J. Chem. Tech. Biotechnol. 31: 15(1981); H. Chaair, J.C. Heughebaert 및 M. Heughebaert, 「연속 공정에 의해 제조된 화학양론적 애퍼타이트의 트리칼슘 포스페이트」, J. Mater. Chem. 5(6): 895(1995); R. Famery, N. Richard 및 P. Boch, 「마그네슘을 첨가한, 그리고 첨가하지 않은 α- 및 β-트리칼슘 포스페이트 세라믹의 제조」, Cream. Int. 20: 327(1994); 그리고 Y. Fukase, E.D. Eanes, S. Takagi, L.C. Chow 및 W.E. Brown, 「칼슘 포스페이트 접합제의 응고 반응과 압축력」, J. Dent. Res. 69(12): 1852(1990)에서 기재되어 있다.

본 발명은 일반적으로 금속 포스페이트 미네랄을 합성하는 선행 방법과는 매우 구별되며, 신규의 산화-환원 침전 반응(RPR)을 이용하여 상기 물질이 균질의 용액으로부터 침전되도록 하는 특수한 방법으로 칼슘 포스페이트 분말을 합성하는 것을 제공한다. 그 후에 상기 물질은 적정 온도에서 짧은 연소를 통해 TCP, HAp 및/혹은 그것들의 조합으로 전환될 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 균질 용액으로부터의 침전(PFHS)은 지금까지 선행 기술에서 밝혀지지 않은 형태로서 균일한 크기와 조성물을 지닌 미립자를 제조하는 수단이라는 것이 밝혀졌다.

하이포포스파이트[H₂PO₂ ^-] 음이온을 포스페이트 이온 생성에 대한 전구물질로 사용하는 것은 통상의 칼슘 포스페이트 침전 캐미스트리가 많은 용해성을 강요하고 있고, 더 나아가 높은 고체 수준에서 균일하게 침전되기 때문에 바람직한 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 본 발명에 의해서 30% 고체의 초과량을 가진 슬러리를 생성하도록 반응될 수 있다. 니트레이트 음이온은 바람직한 산화제이며, 다른 산화제도 또한 이용될 수 있다.

강한 산성의 상태 하에서 니트레이트 음이온을 포스페이트 반응의 하이포포스파이트를 위한 새로운 산화제로 이용하는 것은 여러 가지 잇점이 있다. 즉, 니트레이트는 용이하게 입수가능하고 저렴한 산화제이다. 또한 스텐인레스 스틸(타입 316 SS)과 반응하지 않고 유리 공정 기구에 반응하지 않는다. 상기의 산화 부산물(NO_x)은 저명한 오염 제어 공법(pollution control technology)을 통해 처리되며, 모든 잔류 니트레이트가 항상 주재료가 되는 열 전환 하에서 상기 모든 잔류는 일시적으로 No_x와 같은 것이 될 것이다.

금속 니트레이트 염 및 하이포포스포러스 산 종류의 반응 시약을 본 발명에 사용하면 높은 순도의 금속 포스페이트 상이 제공될 것이다.

유용한 칼슘 포스페이트-기본 물질의 제조 방법은 대기압에서 비교적 낮은 온도, 즉 통상적으로는 250℃ 이하에서, 바람직하게는 200℃ 이하에서, 그리고 가장 바람직하게는 150℃ 이하에서 일반적인 산화-환원 침전 반응(RPR)에 의해 수행된다. 상기 반응의 개시 방법은 비가공 출발 물질들과 그 처리 및 상기 물질들간의 산화-환원의 전기화학적 상호작용에 의해 결정된다.

용액 전구물질로부터 유도된 음이온 종류들이 동시에 환원되고 산화됨에 의해 상기 RPR이 추진된다. 개시 용액은 이온성 종류, 특히 칼슘과 포스포러스 종류들의 높은 초기 농도에 의해 촉진될 수 있다. 만약 완전히 산화된 [PO₄]^-3종류가 사용된다면 환원된 포스포러스 화합물은 매우 높은 이온 농도에서 용액 안정성을 갖는다. 일반적인 공정 기술은 완전히 산화된 포스포러스 옥소음이온 화합물을 사용한 결과, 상기 포스페이트 음이온에 의해 강제되는 pH, 용해성 및 반응 온도로 인해 지장을 받는다.

바람직한 전형적인 환원성 종류들은 니트릭 산(질산), 니트레이트 염(예를 들어 Ca(NO₃)₂·4H₂O) 또는 다른 모든 니트레이트 화합물이며, 물에 잘 용해되는 것이다. 다른 환원성 종류에는 아질산(HNO₂) 또는 아질산(NO₂ ^-)염이 있다.

이용될 수 있는 산화성 종류 중에는 물에 잘 용해되는 하이포포스포러스 산 또는 하이포포스파이트 염(예를 들어, Ca(H₂PO₂)₂)이 있다. 유용한 다른 산화성 종류에는 포스파이트 산 혹은 포스파이트 염(HPO₃ ^2-), 피로포스파이트(H₂P₂O₅ ^2-), 티오설페이트(S₂O₃ ^2-), 테트라티오네이트(S₄O₆ ^2-), 디티오나이트(S₂O₄ ^2-), 트리티오네이트 (S₃O₆ ^2-), 설파이트(SO₃ ^2-) 및 디티오네이트(S₂O₆ ^2-)가 있다. 5B, 6B 및 7B 원소의 옥소음이온 족의 복합 무기 화학 연구에서, 본 발명의 목적에 이용될 수 있는 산화 음이온의 다른 예들을 예측할 수 있다.

산화제나 환원제 중 하나이거나 또는 둘 다의 반응 혼합물에 주입된 상기 양이온은 바람직하게 산화적으로 안정하다(즉, 최고 산화 상태에서). 그러나 특정한 제조에 있어서 또는 특정 반응 효과를 얻기 위해서, 상기 양이온은 부분적으로 감소된 산화 상태에서 주입될 수 있다. 이러한 상태 하에서, 상기 산화제의 양을 조절하는 것은 RPR에서 상기 양이온이 산화되는 동안 자유 전자를 보충하기 위해 필수적일 것이다.

이온성 침전물로 평형을 이루는 용액을 위해, 상기 반응 이온의 용액 농도는 용해성 생성물 관계 및 과포화 한계에 의해 지시된다. 상기 Ca²⁺- [PO₄]^-3계에 있어서, 상기 표현은 과포화 상태를 완화시키는 여러 경로들의 많은 부분 때문에(즉, 고체 상들), 매우 복잡해진다. 온도, pH, 이온 세기, 이온 짝 형성(ion pair formation) 및 외래 양이온과 음이온의 존재는 상기 다양한 용매 종류들의 평형상태에 영향을 미칠 수 있으며, 과포화 수준에 다다르거나 상기 수준을 유지하는 데에 영향을 미칠 수 있다(F. Abbona, M. Franchini-Angela 및 R. Boistelle, 「중간 및 낮은 농도의 용액에 있어서 칼슘 및 마그네슘 포스페이트의 결정화」, Cryst. Res. Technol. 27: 41(1992); G.H. Nancollas, 「생물학적 광화 및 탈염 방법에 있어서 칼슘 포스페이트의 필요」, Pure Appl. Chem. 64(11): 1673(1992); G.H. Nancollas 및 J. Zhang, 「수성 계(aqueous system)에 있어서 칼슘 포스페이트의 형성 및 분해」, Hydroxyapatite and Related Materials, pp73-81(1994), CRC Press, Inc.; P.W. Brown, N. Hocker 및 S. Hoyle, 「하이드록시애퍼타이트가 저온에서 형성되는 동안의 용액 캐미스트리의 변화」, J. Am. Ceram. Soc. 74(8): 1848(1991); G. Vereecke 및 J. Lemaitre, 「Ca(OH)₂-H₃PO₄-KOH-HNO₃-CO₂-H₂O 계의 용해성 도식(solubility diagrams)의 추정」, J. Cryst. Growth 104: 820(1990); A.T.C. Wong 및 J.T. Czemuszka, 「수성 매질에서 칼슘 포스페이트의 침전 및 변형 작용의 예측」, Hydroxyapatite and Related Materials, pp189-196(1994), CRC Press, Inc.; G.H. Nancollas, 「칼슘 포스테이트 결정화에 대한 시험관 내(in vitro) 연구」, Biomineralization - Chemical and Biochemical Perspectives, pp157-187(1989)).

또한, 열역학이 특수한 반응이 가능한 지를 결정할 동안에, 역학적 효과는 침전 반응이 일어나는 동안 특정한 칼슘 포스페이트 상의 결여 혹은 존재를 설명하는 데 있어서 매우 중요한 것일 수 있다.

칼슘 포스페이트를 제공하기 위한 본 발명의 일정한 바람직한 구체예를 실시함에 있어서, 용해성 칼슘 이온은 높은 몰농도의 용해성 하이포포스파이트 음이온이 존재하는 상태에서 몇 몰의 농도에서 유지된다. 또한 상기 용액에는 질산 및 하이포포스포러스 산이 존재하기 때문에 매우 낮은 pH를 갖는다. 실제로, 칼슘 및 하이포포스파이트 이온 용액은 침전에 대하여 상온 또는 그 이하의 온도에서 매우 안정적일 수 있다. 대조적으로, 이온 착물화제 및 킬레이트제가 결여된 상태의 고체 상과 유사한 농도에서 칼슘 이온 및 포스페이트 음이온을 동시에 유지하여 과포화가 감소되도록 즉시 침전시키는 것은 불가능하다. 상기 하이포포스파이트 이온이 포스파이트로, 그리고 그 후에 포스페이트로 산화되는 것에 있어서, 칼슘 포스페이트 상들은 그러한 물질을 형성하기 위하여 독특한 용액 조건(농도, pH, 이온 세기) 하에서 균질의 용액으로부터 급속도로 침전된다. 침전된 음이온이 균질하게 생성된 것의 조합, 급속 침전 역학 및 독특한 열역학은 독특한 크기 및 형태적 특성, 표면 특성 및 반응성을 갖는 칼슘 포스페이트 전구물질을 형성하게 한다.

또한 앞서 말한 연구는 상기 칼슘 포스페이트와는 다른 미네랄을 제공할 것이다. 그러나 힘 당(per force), 상의 도식(phase diagram), 평형 조건 및 조성 미네랄의 상은 각각의 미네랄 족(family) 마다 각기 다를 것이다.

하나 이상의 옥소산(oxoacid) 음이온과 결합된 하나 이상의 금속 양이온으로 이루어진 금속염의 균일한 크기 및 형태를 갖는 미립자들은 수용액으로부터 상기 금속염의 조절된 침전에 대한 본 발명의 일반적인 방법으로 제공될 수 있다. 이러한 것들은 하나 이상의 비금속 원소인 5B와 6B(찰코제나이드)족 및 7B(할라이드)족의 단일 혹은 복합 옥소산 음이온의 본래의 균질한 생성을 통해서 계속된다. 상기 제1 옥소산 음이온은 침전성 음이온 종류를 형성하기 위하여 옥소산 음이온과 유사하지 않은 제2 비금속 원소의 동시적 환원(화학적 산화 상태에서 감소된)과 함께 산화(화학적 산화 상태에서 증가된)되며, 모든 옥소산 음이온은 불용성 염을 형성하는 것으로 알려진 하나 이상의 금속 양이온과 함께 용액 내에서 초기에 존재한다. 상기 금속 양이온들은 적절하게 산화적으로 안정적이지만, 특정 상태 하에서는 상기한 것들 그 자체의 산화 상태에 변화가 일어날 수도 있다.

RPR은 균질 용액을 가열함으로써 바람직하게 유도되어, 산화-환원 발열 반응이 개시되고 지속된다. 상기 환원된 용해성 포스포러스 종류가 반응 매질로부터 칼슘 이온을 균질하게 침전시키는 침전성 음이온으로 전환되는 것과 같이, 상기 발열 반응은 가스, 종종 NO_x(0.5<x<2)와 같은 여러 가지 산화 질소 가스를 생성시킨다. 상기 단계에서, 상기 반응은 미리 정해진 칼슘-포스페이트 화학양론의 매우 미세하며 침전된 미립자들이 결합함으로써 본질적으로 완료된다. 상기 반응 수율은 반응 생성물의 순도만큼 높다.

중간 전구물질 미네랄 분말은 용액으로부터 균일하게 침전된다. 적절한 열처리는 500℃ 미만의 온도에서 행해지며, 상들(phases)을 갖고 있는 여러 포스페이트들의 변형에 이용될 수 있다. 적합한 화학 및 공정 처리는 단상 및 다상 화합물(mono and multi compound)이 독특한 결정 형태를 지니도록 한다(도 1 및 2).

니트레이트/하이포포스파이트 산화-환원계는 다음의 공식(N.N. Greenwood 및 A. Earnshaw, 「포스포러스 및 그 염의 옥소산」, Chemistry of the Elements, pp586-595(1984), Pergamon Press에서 기재하고 있는 E₀/V)에 나타난 바와 같이 포스페이트로 하이포포스파이트가 산화(P⁺¹에서 P⁺⁵로 4e 산화)되는 것을 포함하며:

반 응 pH 0, 25℃에서의 환원 전위

E₀/V

H₃PO₃+2H⁺+2e^-=H₃PO₂+H₂O -0.499 (1)

H₃PO₄+2H⁺+2e^-=H₃PO₃+H₂O -0.276 (2) H₃PO₄+

4H⁺+4e^-=H₃PO₂+2H₂O -0.775 전체(3)

그리고, 하기 등식과 같이 NO_x로 니트레이트 환원(N⁺⁵에서 N⁺³혹은 N⁺²로 2e^-혹은 3e^-환원)이 이루어지는 것을 포함한다;

반 응 pH 0, 25℃에서의 환원 전위

E₀/V

2NO₃ ^-+4H⁺+2e^-=N₂O₄+2H₂O 0.803 (4)

NO₃ ^-+3H⁺+2e^-=HNO₂+H₂O 0.94 (5)

NO₃ ^-+4H⁺+3e^-=NO+2H₂O 0.957 (6)

화학 반응들은 하나의 화학적 종류로부터 다른 것으로 전이되는 전자들에 있어서 둘 이상의 전기화학적 반쪽-반응을 합산하는 것으로 알맞게 표현된다. 전기화학적 전환에 의해, 상기 전체 반응은 환원(전자의 부가)으로 언급되었던 앞의 반응을 평형상태로 나타난다:

산화부 + ne^-= 환원부

상기에 나타낸 등식에 의해 pH=0 및 25℃에서 E₀(상기 환원 전이)이 0 이상이면 상기 반응이 왼쪽에서 오른쪽으로 일어나고, E₀이 0 미만이면 그 반대 방향으로 일어난다.

상기 반응 및 관련 전기화학적 전위로부터, 니트레이트는 상기 환원 반응 경로에 관계없이 즉, 상기 반응 과정이 등식 4, 5 혹은 6에 따르는 지에 상관없이 하이포포스파이트(P⁺¹)에서 포스파이트(P⁺³) 혹은 포스페이트(P⁺⁵)로 산화하는 강한 산화제임이 분명하다. 전체 반응 경로가 산화 반응(등식 3, 4e^-교환)과 환원 반응(등식 6, 3e^-교환)이 결합된 것을 포함한다고 가정한다면, 상기 환원 반응이 완결되도록 NO^3-의 4/3 몰이 충분한 전자를 제공하기 위하여 하이포포스파이트 몰당 NO로 환원되어야 한다고 추정할 수 있다. 다른 환원 공정들이 상기 위에서 언급한 산화 및 환원 반응의 결합을 포함하여 일어날 수 있다는 것은 당업계의 통상의 지식인에게 자명한 것이다.

산화 및 환원 반응의 다른 짝들(different pairings)은 본 발명의 목적에 부합하는 생성물을 생성하는 데에 이용될 수 있다. 실제로 본 발명은 상기 제1 옥소산 음이온이 옥소산 음이온과 유사하지 않은 제2 비금속 원소의 동시적 환원으로 침전성 음이온 종류를 생성하도록 산화되는 것으로 이루어지는 5B족과 6B족(찰코제나이드) 및 7B족(할라이드)과 같은 하나 이상의 비금속 원소의 수용액 내에 단일 혹은 복합 옥소산 음이온이 본래적으로 균일하게 생성되는 것을 일반적으로 제공하는 것이다.

위에서 언급한 각각의 것에서, 가장 기본이 되는 것은 상기 신규의 칼슘 포스페이트 분말의 용액으로부터 균일한 침전을 유도하는 높은 이온 농도에서의 산화-환원 반응인 것이다. 본 발명에서 기재하고 있는 상기 조건하에서 보고된 그러한 상, 특히 칼슘-포스페이트 상을 형성하는 능력에 대해 다루고 있는 문헌은 이전에는 없었다.

상기 생성물들은 반응 조건을 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 상기 개시 용액에 있어서 상기 음이온 혼합물(즉, 아세테이트 이온 함유물)의 간단한 변형은 탄산염이 함유된 칼슘 포스페이트 상을 제공할 수 있으며, 뼈 그 자체가 타입-B HAp라고 명명되는 하이드록시애퍼타이트 물질의 탄화된 형태인 것처럼, 포스페이트 격자 위치에서 발생하는 탄산염의 치환과 함께, 상기의 상은 생체 내에서 뼈로 전환되는 데에 매우 유리하다. 다른 이익적 치환들은 F, 즉 플루오르 치환들로부터 유도되어 덴트리화이스(dentrifices) 및 치아 광택제로 바람직한 플루오애퍼타이트 (fluorapatite)를 제공한다. 헤미하이드레이트 종(hemihydrate species) 즉, CaSO₄·½H₂O가 Plaster of Paris와 함께 물과 접촉했을 때 부가적인 응고 반응을 제공할 수 있으므로, 상기 설페이트 음이온은 또 다른 이익적 칼슘 상을 제공할 수 있다. 불순물이나 주요 성분과 같은 다른 양이온이 존재하는 상태에서는 추가적인 변화가 일어난다.

본 발명의 특정한 구체예는 자가-응고 접합제 혹은 페이스트를 형성하는 데에 이용될 수 있는 독특한 칼슘 포스페이트 전구물질 미네랄을 생성하도록 함으로써 위에서 언급한 공정들을 유용하게 한다. 신체 내에 한번 자리잡은 상기 칼슘 포스페이트 접합제(CPC)는 뼈로 흡수되며 개조(전환)된다. 다양한 Ca/P 비율을 갖는 두 가지 상의 미네랄로 구성되는 단일 분말(single powder)은 생체 내에서(in vivo) 타입-B 탄화된 애퍼타이트(뼈 미네랄 전구물질)로 전환하는 자가-응고 페이스트를 생성시키기 위해 혼합될 수 있다.

뼈에 대한 상기 칼슘 포스페이트 바이오세라믹의 개조 작용은 상기 세라믹 표면의 에너지와 접촉면에 근접해 있는 파골 세포간의 합성적 상호작용에 의해 지시된다. 독특한 미세구조는 반응성을 가속시킬 수 있으며 결국엔 생체 내에서 빠르게 개조할 수 있게 한다. 본 발명의 미립자에 있어서 상기 조성물적 융통성은 생체 내에서 조절 가능한 반응성을 제공한다. 본 발명의 합성적 구체예의 상기 결정의 크기 및 표면의 특성은 신체 내에서 발견되는 상기 세포들의 예상 크기와 거의 유사하며 매우 친근하다. 본 발명의 방법으로부터 유도되는 분말의 혼합물들은 칼슘 포스페이트 접합제들(CPCs)로서 상당한 유용성을 갖고 있다.

예를 들어, 본 발명에 의해 제조된 칼슘 포스피에이트 미립자들은 그것이 사용되는 것으로 알려진 모든 정형외과나 치과적 절차에 이용될 수 있다; 즉, 뼈 충진 결손(bone filling defect) 치료 절차, 종양 결손 충진(oncological defect filling), 두 개악안면 공백 충진(craniomaxillifacial void filling) 및 복구, 치아 적출 부위 충진, 및 잠재적인 의약 전달에의 응용에 이용될 수 있다.

본 발명은 여러 분야로 응용되어 이용될 것이다. 상기 산화제, 환원제, 비율, 공반응 및 다른 부가물 및 전형적인 이용들은 무기 화학자들이 앞서 언급한 화학 반응들을 검토함으로써 이해될 수 있을 것이다. 칼슘 포스페이트는 생물학적 복원, 치과적 복원, 생체 분리 매질, 및 이온 또는 단백질 크로마토그래피에서 나타난다. 전이 금속 포스페이트(Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn)는 안료, 인광 물질(phosphors), 촉매, 전자기적 결합기, 전자파 결합기, 유도성 소자(inductive elements), 제올라이트(zeolites), 유리, 핵 폐기물 억제 시스템 및 코팅제와 같은 많은 이용 가능성을 갖고 있다. 희토류 포스페이트의 첨가는 인터칼레이션 화합물(intercalation compound), 촉매, 유리와 세라믹, 방사선약제(radiopharmaceuticals), 안료 및 인광 물질, 의학적 영상제(medical imaging agents), 핵 폐기물 고형화, 전자-광학, 전자 세라믹 및 표면 변형에 이용될 수 있다.

알루미늄 및 지르코늄 포스페이트는 표면 보호 코팅제, 연마 미립자(abrasive particles), 광택제, 접합제, 및 과립 형태이거나 코팅제와 같은 여과 생성물의 이상적인 재료가 된다. 상기 알칼리(Na, K, Rb, Cs) 및 알칼리성 토류(Be, Mg, Ca, Sr, Ba) 포스페이트는 자기(porcelains), 치과적 유리, 전자-광학 유리, 레이저 유리, 특이 굴절 인덱스 유리 및 광학 필터와 같은 이상적인 저온 유리, 세라믹, 생체 재료, 접합제, 금속 봉합에 필요한 유리 및 다른 많은 유리-세라믹 재료를 생성한다.

발명의 요약

본 발명은 미네랄, 특히 포스포러스-함유 미네랄을 제조하는 신규의 방법을 제시한다. 또한 본 발명은 향상된 조성물적 균질성을 갖는 미네랄 및 변형된 결정 구조를 갖는 미네랄을 포함하는 독특하게 형성된 미네랄을 제공한다. 또한 본 발명에 의한 신규의 미네랄은 "비-화학양론적" 미네랄을 포함하고 있으며, 일상적으로 발견되는 미네랄과는 다른 것을 제공하며, 자연에서 발견되는 결정 구조와 세포들의 단위에 있어서 구성 원자의 일반적으로 "허용된" 비율을 갖는 구조를 포함하도록 제공된다.

본 발명에 의해 제조된 상기의 전형적인 예는 본 발명에서 사용되는 용어의 설명을 필요로 한다. 일반적인 방법은 여기에서 염, 염수용액, 안정적인 히드로졸 또는 다른 안정적 분산제, 및/혹은 무기산으로 묘사된 것과 같은 비가공 물질로부터 개시된다. 본 발명의 방법[산화-환원 침전 반응(RPR) 및 열수 공정(HYPR)]에 의해 제조되는 상들은 일반적으로 분말, 미립자상, 슬러리 및/혹은 페이스트의 물리적 형태에 있어서 중간 전구물질 미네랄이다. 몇몇 경우에 있어서는 아직도 미네랄 화학양론이 동정되지는 않았지만, 상기 전구물질 미네랄은 종래의 기술에 알려져 있는 것과 실시된 것에 견주어 적당한 연소 조건하의 열처리를 통해, 이미 알려진 순수한 미네랄 형태와 많은 양의 혼합된 것들로 쉽게 전환시킬 수 있다.

본 발명의 방법은 비교적 저온에서 행할 수 있을 만큼 에너지 효율이 좋으며, 높은 수율을 갖고 있으며, 그리고 생성물의 순도, 동일성 및 품질에 대해서 철저하게 관리할 수 있다. 생물학적 세라믹은 본 발명에 주로 사용되는 물질이며, 보다 향상된 특성을 갖는다. 또한 본 발명의 상기 미네랄 및 방법의 여하한 다른 이용도 본 발명의 범주 안에 포함된다.

실시예 1 - 신규의 저온 칼슘 포스페이트 분말의 제조

71.95wt% [PO₄]^-3과 등가인, 8.51g 50wt% 하이포포스포러스 산(H₃PO₂) 수용액 (Alfa/Aesar reagent #14142, CAS #6303-21-5)과 8.00g의 증류수를 250ml의 파이렉스 비이커에 담아 화합시켜 무색 투명한 용액을 형성하였다. 상기 용액에 16.97wt% Ca와 등가인, 22.85g 칼슘 니트레이트 테트라하이드레이트 염 [Ca(NO₃)₂·4H₂O](ACS reagent, Aldrich Chemical Co., Inc. #23,712-4, CAS #13477-34-4)을 첨가시켰다. 상기 혼합물에 있어서 칼슘/포스페이트의 몰 비율은 3/2 이며, 상기 등가의 고형 수준[Ca₃(PO₄)₂와 같은]은 25.4wt% 이다. 상기 칼슘 니트레이트 데트라하이드레이트는 상온으로 흡열적으로 용해되어 실질적으로 균질한 용액이 되도록 하였다. 상기 용액을 25℃ 이상으로 데워서 상기 용액이 NO_x(g)의 적갈색의 매우 독한 증기를 발생하며 매우 격렬하게 끓는 반응이 개시되도록 하였다. 상기 샘플은 NO_x(g)의 간헐적 방출로 거품이 일어났고 파동이 있었으며 하얀 반죽 덩어리로 변하였다. 약 2분 후에, 상기 반응은 실제로 완료되었으며, 하얗게 변한 그 반죽 덩어리는 손으로 만져보아서 따뜻한 상태였다. 상온에서 식힌 후에, 상기 고체(A)는 폴리에틸렌 유리병에 보관해 두었다.

상기의 것이 침전된 3일 후에, 약간 축축한 페이스트 고체를 30ml 증류수에 적셔서 모든 미반응된 수용성 성분이 세척되도록 하였다. 상기 고체는 스패튤라를 사용하여 곤죽으로 만들어서 상기 증류수에 고체가 최대로 노출될 수 있게 하였다. 약 15분 후에, 상기 고체를 여과지에서 회수하였고, 상기 축축한 고체(B)는 폴리에틸렌 유리병에 보관해 두었다.

분말 샘플들의 X선 회절(XRD) 패턴은 Rigaku Geigerflex 기구의 Cu-Kα 라인(λ=1.7889 옹스트롬)을 이용하여 3 degree/minute의 스캔 비율을 갖고, 2θ각의 범위는 15-50°또는 더 넓은 범위에 걸치도록 하고, 그리고 45kV/30mA에서 가동시켜 얻었다. 샘플들은 제조된 그대로 혹은 Thermolyne type 47900 이나 Ney model 3-550 실험실 노(furnace)로 대기 상에서 열처리를 하여 X선 회절을 행하였다. XRD 결과는 하기와 같다(도 3, 4, 5 및 6):

샘 플	열 처 리	주 상	부 상
미세척된 (A)	제조된 그대로	결정되지 않음
미세척된 (A)	300℃, 1시간	Monetite[CaHPO₄]
미세척된 (A)	500℃, 1시간	Whitlockite[β-Ca₃(PO₄)₂]CaH₂P₂O₇
미세척된 (A)	700℃, 1시간	Whitlockite[β-Ca₃(PO₄)₂] +Hap[Ca₅(PO₄)₃(OH)]
세척된 (B)D.I. water	제조된 그대로	Monetite[CaHPO₄]
세척된 (B)D.I. water	100℃, 1시간	Monetite[CaHPO₄]

많은 양의 NO_x(g)가 300℃ 이상에서 상기 샘플들을 열처리하는 동안 생성되었다.

실시예 2 - 신규의 저온 칼슘 포스페이트 분말의 제조

시약의 지시된 중량의 5배를 사용하여 실시예 1을 반복하였다. 상기 반응물을 교반 작용이 일어나지 않는 가열판(hotplate) 위에 있는 5-1/2 직경의 파이렉스 크리스탈 디쉬 안에 담아 두었다. 25℃ 이상으로 상기 균질 반응 용액을 데워서 NO_x(g)의 적갈색의 매우 독한 증기를 발생하는 흡열 반응이 개시되도록 하였다. 상기 반응이 시작된 후 몇 초 내에, 상기 샘플은 몇 분 동안 NO_x(g)의 방출이 계속되어 하얀 반죽 덩어리로 변하였다. 약 5분 후에, 상기 반응은 실제로 완료되었으며, 손으로 만져보아서 따뜻한 상태의 축축한 고체 덩어리가 생성되었다. 상기 고체를 약 20분 동안 대기 중에서 상온으로 식힌 후에, 열처리를 하기 전에 두 부분으로 나누어 두었다.

상기 고체의 열처리 및 X-선 회절은 실시예 1에 기재된 바와 같이 실시되었다. 대기 중에서 열처리를 행한 후에, XRD는 연소된 고체의 구성성분을 나타내었다:

샘플	열 처 리	주 상	부 상
A	500℃, 1시간	Whitlockite[β-Ca₃(PO₄)₂]	Hap[Ca₅(PO₄)₃(OH)]
B	700℃, 1시간	Hap[Ca₅(PO₄)₃(OH)]	Whitlockite[β-Ca₃(PO₄)₂]

실시예 3 - 신규의 저온 칼슘 포스페이트 분말의 제조

8.51g 50wt% H₃PO₂수용액을 5.69wt% Ca와 등가인, 칼슘 아세테이트 모노하이드레이트의 25wt% 수용액[Ca(O₂CCH₃)₂·H₂O](ACS reagent, Aldrich Chemical Co., Inc. #40,285-0, CAS 5743-26-0) 8.00g와 함께 250ml의 파이렉스 비이커에서 화합시켜서 무색 투명한 용액을 형성하였다. 상기 용액에 20.17g의 Ca(NO₃)₂·4H₂O 염을 첨가하였다. 상기 혼합물에 있어서 칼슘/포스페이트의 몰 비율은 3/2 이며, 상기 등가 고형 수준[Ca₃(PO₄)₂와 같은]은 27.3wt%였다. 상기 칼슘 니트레이트 테트라하이드레이트 염은 흡열적으로 용해되어 상기 샘플을 상온으로 데우자마자 균질한 용액을 형성하였다. 상기 용액을 가열판 위에서 25℃를 넘는 온도로 데워서 실시예 1에 기재된 바와 같은 방법으로 반응이 개시되도록 하였다. 약 3분 후에, 상기 반응은 실질적으로 완료되어, 뜨겁고 아세트산의 냄새가 나는 축축하고 하얀 부서지기 쉬운 고체가 생성되었다. 상온에서 냉각시킨 후, 상기 고체를 폴레에틸렌 유리병에 보관해 두었다.

상기 고체의 열처리 및 X-선 회절은 실시예 1에 기재된 바와 같이 실시되었다. 대기 중에서 30분 혹은 1시간 동안 500℃로 열처리를 한 후에, XRD는 상기 고체가 제1 상의 휘트록키트(whitlockite)와 제2 상의 하이드록시애퍼타이트를 이루고 있다는 것을 나타내었다. XRD 결과들은 상기 두 가지 칼슘 포스페이트 상들의 비율이 상기 열처리 기간과 상기 아세테이트 음이온의 존재에 대해 의존한다는 것을 의미하지만, 상기 의존상태를 정량화하는 실험을 하지는 않았다:

500℃, 1시간 동안 열처리한 결과

주 Whitlockite[β-Ca₃(PO₄)₂]

부 Ca₅(PO₄)_3-x(CO₃)_xOH)

도 7과 8의 XRD 스펙트럼을 비교해 보면 실시예 1(아세테이트가 존재하지 않는)과 실시예 3(아세테이트가 존재하는)의 각각의 부상(minor phase)에 존재하는 HAp-Ca₅(PO₄)_3-x(CO₃)_x(OH) 상들의 양에 있어서 차이가 나타난다. 이것은 결정 형성에 있어서 반대음이온 효과를 표시하는 것이다.

푸리에 변환 적외선(Fourier Transform Infrared : FTIR) 스펙트럼은 400 내지 4000cm^-1의 범위에 걸쳐서 확산 반사율 모드로 작동된 Nicolet instrument(모델 번호 5DXC)를 이용하여 얻어진다. HAp의 탄화된 형태의 존재는 도 9의 상기 FTIR 스펙트럼(400 내지 1600cm^-1)에 의해 확인되며, [PO₄]^-3(580-600, 950-1250cm^-1에서) 및 [CO₃]^-2(880, 1400 및 1450cm^-1에서)의 피크 특성이 존재한 다는 것을 나타낸다. 1150-1250cm^-1에서 매우 큰 피크가 나타나는 상기 P=O 신축(stretch)은 탄산염 이온에 의한 하이드록시애퍼타이트의 구조적 불안정을 제시한다.

실시예 4 - RPR을 통해 칼슘 포스페이트 혼합물에 첨가된 콜로이드 SiO₂

H₃PO₂의 8.51g 50wt% 수용액에 8.00g 34.0wt% SiO₂히드로졸(Nalco Chemical Co., Inc. #1034A, batch #B5G453C)이 분주된 것을 신속한 교반 작용과 함께 천천히 첨가시켜 균질의 묽고 탁한 콜로이드 분산을 제조하였다. 상기 분산에는 22.85g Ca(NO₃)₂·4H₂O 염이 첨가되었으며 상기 혼합물의 칼슘/포스페이트 몰 비율은 3/2였다. 상기 칼슘 니트레이트 테트라하이드레이트는 흡열적으로 용해되어 상기 샘플이 상온으로 데워지자마자 균질한 콜로이드 분산을 제공하였다. 상기 콜로이드 SiO₂는 상기 샘플의 높은 산성도 및 이온 세기에도 불구하고 응집되지 않았다. 가열판 위에서 상기 샘플을 25℃를 넘는 온도로 가열하여 실시예 1에 기재된 것과 같은 반응이 개시되도록 하였다.

상기 고체의 열처리 및 X-선 회절은 실시예 1에 기재된 바와 같이 실시되었다. 대기 중에서 500℃에서 1시간 동안 열처리를 한 후에, XRD는 상기 고체가 휘트록키트와 하이드록시애퍼타이트로 이루어진 것을 나타내었다:

300℃, 2시간 동안 열처리한 결과

주 Calcium pyrophosphate[Ca₂P₂O₇]

부 Octacalcium phosphate[Ca₄H(PO₄)₃·2H₂O]

500℃, 1시간 동안 열처리한 결과

주 Whitlockite[β-Ca₃(PO₄)₂]

부 HAp[Ca₅(PO₄)₃OH)

실시예 5 - 신규의 저온 칼슘 포스페이트 분말의 제조

실시예 1에 10.00g 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(DCPD, CaHPO₄·2H₂O)(Aldrich Chemical Co., Inc. #30,765-3, CAS #7789-77-7)를 첨가하는 것을 반복하여 칼슘 니트레이트 염이 흡열적으로 용해된 균질한 용액이 되도록 하였다. 상기 DCPD는 (교반 작용 없이) 부유된 고체로서 그리고 침전된 물질로 존재하였다. 상기 샘플을 25℃를 넘는 온도로 데워서 실시예 1에 기재된 바와 같은 흡열 반응을 개시하였으며, 그 결과 하얀 페이스트 고체가 형성되었다. 대기 중에서 500℃에서 1시간 동안 열처리한 후에, XRD는 상기 고체가 제1 상의 휘트록키트와 제2 상의 칼슘 피로포스페이트(Ca₂P₂O₇)로 이루어진 것을 나타내었다:

500℃, 1시간 동안 열처리한 결과

주 Whitlockite[β-Ca₃(PO₄)₂]

부 Ca₂P₂O₇

실시예 6 - 신규의 저온 아연 포스페이트 분말의 제조

8.00g의 증류수와 8.51g 50wt% H₃PO₂수용액이 화합된 용액을 실시예 1에 기재된 바와 같이 준비하였다. 상기 용액에 21.97wt% Zn과 등가인, 28.78g 아연 니트레이트 헥사하이트레이트 염[Zn(NO₃)₂·6H₂O](ACS reagent, Aldrich Chemical Co., Inc. #22,873-7, CAS #10196-18-6)을 첨가시켰다. 상기 혼합물의 아연/포스페이트 몰 비율은 3/2였고, 상기 등가 고형 수준[Zn₃(PO₄)₂와 같은]은 27.5wt%였다. 상기 아연 니트레이트 헥사하이드레이트는 흡열적으로 용해되어 상기 샘플이 상온으로 되자마자 균질한 용액이 제공되었다. 상기 용액을 가열판 위에서 25℃를 넘는 온도로 데워서 NO_x(g)의 적갈색의 매우 독한 증기를 발생하는 반응이 개시되도록 하였다. 상기 반응은 상기 샘플이 무색 투명한 용액으로 될 때까지 약 10분 동안 계속되었고, 약 5분 동안 그 투명성이 덜해진 후, 반응 용기로 이용되는 파이렉스 비이커의 벽에 매우 강하게 축축하고 하얀 고체 덩어리가 결과적으로 형성되었다.

상기 고체의 열처리 및 X-선 회절은 실시예 1에 기재된 대로 실시하였다. 대기 중에서 500℃에서 1시간 동안 열처리를 한 후에, XRD는 상기 고체가 Zn₃(PO₄)₂로 이루어진 것을 나타내었다(도 10 참조):

500℃, 1시간 동안 열처리한 결과

주 Zn₃(PO₄)₂

실시예 7 - 신규의 저온 철 포스페이트 분말의 제조

가열판/교반기 위의 250ml 파이렉스 비이커 내에서 15.00g 증류수와 17.50g 50wt% H₃PO₂수용액을 화합시켜 무색 투명한 용액을 형성하였다. 상기 용액에 13.82wt% Fe와 등가인, 53.59g 철 니트레이트 노나하이트레이트(nonahydrate) 염[Fe(NO₃)₃·9H₂O](ACS reagen, Alfa/Aesar reagent #33315, CAS #7782-61-8)을 첨가시켰다. 상기 철/포스페이트의 몰 비율은 1/1이였으며 상기 등가 고형 수준[FePO₄와 같은]은 23.2wt%였다. 반응 혼합물을 점차적으로 데워서 상기 철 니트레이트 노나하이드레이트 염을 흡열적으로 용해시켰고, 그 결과 비용해된 염을 갖는 엷은 라벤더 색의 용액이 형성되었다. 25℃ 보다 높은 온도에서, NO_x(g)가 발생되는 발열 반응이 시작되었다. 상기 반응은 상기 반응 혼합물이 시럽과 같은 점도를 갖는 시간인 약 15분 동안 계속되었다. 계속되는 반응과 함께, 비이커의 바닥에는 여러 개의 엷은 황색의 고체가 형성되었다. 약 40분 동안의 반응 후에, 상기 샘플은 상온에서 냉각되도록 방치되었다. 상기 생성물은 비이커 상단부의 저밀도의 황색 고체, 상기 생성물의 덩어리의 중심부에 있는 카라멜과 같은 점조성을 갖는 갈색 액체 및 상기 비이커 바닥에 있는 모래 색깔의 고체의 불균질 혼합물로 구성되었다. 상기 고체들은 가능한 한 샘플들을 분리시켜 수집되었다.

상기 비이커의 상단부에서 수집된 상기 고체의 열처리 및 X-선 회절을 실시예 1에 기재된 대로 실시하였다. 대기 중에서 500℃에서 1시간 동안 열처리를 한 후에, XRD는 상기 고체가 여러 가지 비결정의 물질과 함께 그라프로니트(graftonite)[Fe₃(PO₄)₂]로 이루어진 것을 나타냈으며, 상기 열처리는 샘플이 완벽하게 결정화를 충분히 유도하지 못하는 것을 나타내었다(도 11 참조):

500℃, 1시간 동안 열처리한 결과

주 Graftonite[Fe₃(PO₄)₂]

Fe³⁺가 Fe²⁺로 환원됨으로 인해 여러 기작들이 분명하게 발생된다.

실시예 8 - 신규의 저온 칼슘 포스페이트 분말의 제조

250ml 파이렉스 비이커에서 5.00g 증류수와 19.41g 50wt% H₃PO₂수용액을 화합시켜 무색 투명한 용액을 형성하였다. 상기 용액에 35.72g Ca(NO₃)₂·4H₂O를 첨가시켰다. 상기 혼합물의 상기 칼슘/포스페이트의 몰 비율은 1/1이었고, 상기 등가 고형 수준(CaHPO₄와 같은)은 33.8wt%였다. 상온 상태 하에서 상기 칼슘 니트레이트 테트라하이드레이트를 흡열적으로 용해시켰고, 그 결과 상기 샘플이 상온으로 데워지자마자 균질 용액이 형성되었다. 상기 용액을 25℃를 넘는 온도로 데워서 NO_x(g)가 방출되는 활발한 발열 반응이 개시되었고, 100℃를 넘는 온도로 상기 샘플의 온도를 빠르게 상승시켰으며, 고온에서는 순간적으로 물이 끓기 때문에 상기 비이커의 가장자리로 상기 반응 혼합물의 거품이 매우 많이 넘쳤다. 상온에서 식힌 후에, 상기 반응 생성물 하얀 거품을 건조한 상태로 수집하여 파우더로 부서지도록 경화시켰다.

상기 고체의 열처리 및 X-선 회절은 실시예 1에 기재된 바에 따라 실시되었다. 결과는 다음과 같다:

300℃, 1시간 동안 열처리한 결과

주 Ca₂P₂O₇

부 Octacalcium phospate[Ca₄H(PO₄)₃·2H₂O]

500℃, 1시간 동안 열처리한 결과

주 Ca₂P₂O₇

실시예 9 - 신규의 저온 칼슘 포스페이트 분말의 제조

시약의 지시된 중량의 10배를 사용하여 실시예 3을 반복하였다. 상기 반응물은 가열판/교반기 위에 올려져 있는 5-1/2" 직경의 파이렉스 결정화 접시(Pyrex crystallizing dish)에 담겨졌다. 상기 반응물은 상기 용해 및 반응 단계 동안 계속 교반이 이루어졌다. 계(system)의 안정성에 어떠한 외견상의 영향도 끼치지 않는 수 분 동안, 상기 화학 반응은 25℃를 넘는 온도로 상기 용액을 가열함으로써 개시되어 NO_x(g)가 분출되었으며, 고체가 형성되지 않은 무색 투명한 상기 용액이 형성되었다. 몇 분 동안 투명성이 감소된 후, 상기 반응은 강도가 증가하여 NO_x(g)가 많이 생성되었고, 페이스트의 하얀 고체 물질이 빠르게 생성되었다. 상기 반응 용기와 생성물은 발열 반응으로 인해서 둘 다 뜨겁게 달구어졌다. 상기 생성물은 부서지기 쉬운 하얀 고체로 형성되기 위해 대기 중에서 냉각되어 폴리에틸렌 유리병에 보관되었다.

상기 고체의 열처리 및 X-선 회절을 실시예 1에 기재된 바와 같이 실시하였다. 대기 중에서 500℃에서 30분 내지 1시간 동안 열처리를 한 후에, XRD는 상기 고체가 제1 상의 휘트록키트와 제2 상의 하이드록시애퍼타이트로 이루어진 것을 나타내었다. XRD의 결과는 두 가지 칼슘 포스페이트 상의 상대적인 비율이 열처리 시간에 의존적이었지만, 그 의존상태를 정량화하는 실험을 하지는 않았다:

500℃, 1시간 동안 열처리한 결과

주 Whitlockite[β-Ca₃(PO₄)₂]

부 Ca₅(PO₄)_3-x(CO₃)_x(OH)

실시예 10 - 신규의 저온 알루미늄 포스페이트 분말의 제조

250ml 비이커에서 2.00g와 증류수와 10.82g 50wt% H₃PO₂수용액을 화합시켜 무색 투명한 용액을 형성하였다. 상기 용액에 7.19wt% Al과 등가인, 30.78g 알루미늄 니트레이트 노나하이드레이트 염[Al(NO₃)₃·9H₂O](ACS reagent, Alfa/Aesar reagent #36291, CAS #7784-27-2)을 첨가시켰다. 상기 혼합물의 상기 알루미늄/포스페이트의 몰 비율은 1/1이었으며 상기 등가 고형 수준[AlPO₄와 같은]은 22.9wt%이었다. 상기 알루미늄 니트레이트 노나하이드레이트는 흡열적으로 용해되어 상기 샘플이 상온으로 데워지자마자 균질한 용액을 제공하였다. 가열판 위에서 상기 용액을 25℃를 넘는 온도로 더 데워서 상기 용액에서 NO_x(g)의 적갈색의 쓴 연기가 방출되는 반응을 개시하였다. 반응은 하얀 고체가 형성되기 전에 상기 용액의 점도가 매우 크게 증가하는 약 15분 동안 계속되었다.

상기 고체의 열처리 및 X-선 회절은 실시예 1에 기재된 바와 같이 실시되었다. 대기 중에서 500℃에서 30분 동안 열처리를 한 후에, XRD는 상기 고체가 AlPO₄와 여러 비결정 물질로 이루어진 것을 나타냈고, 상기 열처리는 샘플의 결정화를 완벽하게 유도하는 데에는 충분하지 못했다(도 12 참조).

실시예 11 - 신규의 저온 칼슘 포스페이트 분말의 제조

가열판/교반기 위에서 250ml 파이렉스 비이커에 6.00g의 증류수와 8.06g 50wt% H₃PO₂시약 수용액을 화합시켜 무색 투명한 용액을 형성하였다. 상기 용액에 19.23g Ca(NO₃)₂·4H₂O를 첨가시켰다. 상기 칼슘/포스페이트의 몰 비율은 4/3이었고, 상기 등가 고체[옥타칼슘 포스페이트(Ca₈H₂(PO₄)₆·5H₂O)와 같은]는 30.0wt%였다. 상온 하에서 상기 칼슘 니트레이트 테트라하이드레이트는 흡열적으로 용해되었고, 그 결과 상기 샘플이 상온으로 데워지자마자 균질의 용액을 형성하였다. 실시예 1에 기재된 바와 같이 25℃를 넘는 온도로 상기 용액을 데워서 활발한 발열 반응이 개시되도록 하였다. 약 3분 후에, 상기 반응은 실제로 완료되어 축축하고 하얀 페이스트 고체가 생성되었다.

상기 고체의 열처리 및 X-선 회절을 실시예 1에 기재된 바와 같이 실시하였다. 대기 중에서 500℃에서 30분 동안 열처리를 한 후에, XRD는 상기 고체가 제 1상의 휘트록키트와 제2 상의 하이드록시애퍼타이트로 이루어진 것을 나타내었다. 상기 초기 샘플 화학양론에도 불구하고, 옥타칼슘 포스페이트(OCP)가 형성되었다는 증거는 없었다. 상기 결과는 (a) 선택적인 열처리가 OCP를 결정화하는 데에 있어 필수적이며, (b) 초과된 Ca이 중간 분말에서 존재한다는 것을 제시한다:

500℃, 30분 동안 열처리한 결과

주 Whitlockite[β-Ca₃(PO₄)₂]

부 HAp Ca₅(PO₄)₃(OH)

실시예 12 - 신규의 저온 칼슘 포스페이트 분말의 제조

상기 반응 혼합물의 제조에 증류수가 사용되지 않는 것을 제외하고는 실시예 11이 반복되었다. 실시예 11에 기재된 바와 같이 25℃를 넘는 온도로 균질 용액을 데워서 발열 반응이 개시되도록 하였다. 약 3분 후에, 상기 반응은 실제로 완료되어, 축축하고 하얀 페이스트 고체를 생성하였다.

상기 고체의 열처리 및 X-선 회절을 실시예 1에 기재된 대로 실시하였다. 대기 중에서 500℃에서 30분 동안 열처리를 한 후에, XRD는 상기 고체가 칼슘 피로포스페이트(Ca₂P₂O₇)로 이루어져 있음을 나타내었다:

500℃, 30분 동안 열처리한 결과

주 Ca₂P₂O₇

실시예 13 - 신규의 저온 열수(HYPR) 칼슘 포스페이트 분말의 제조

50wt% 칼슘 니트레이트 테트라하이드레이트[Ca(NO₃)₂·4H₂O](ACS reagent, Aldrich Chemical Co., Inc. #23,712-4, CAS #13477-34-4) 수용액은 250.0g 증류수에 상기 염의 250.0g을 용해시켜 제조하였다. 상기 용액은 8.49wt% Ca와 등가였다. 상기 용액의 47.0g 전체를, 250.0g 증류수에 상기 염의 250.0g를 용해시켜 제조한50wt% 소듐 하이포포스파이트 모노하이드레이트(NaH₂PO₂·H₂O)(Alfa/Aesar reagent #14104, CAS #10039-56-2) 수용액에 빠르게 교반시키면서 첨가하였다. 상기 소듐 하이포포스파이트 용액은 44.80wt% [PO₄]^-3과 등가였다. 칼슘 니트레이트와 소듐 하이포포스파이트의 상기 무색 투명한 용액은 40.3g의 증류수로 희석되었다. 상기 혼합물 내의 상기 칼슘/포스페이트의 몰 비율은 5/3 이었고, 상기 등가 고형 수준[하이드록시애퍼타이트(Ca₅(PO₄)₃(OH))와 같은]은 10.0wt%였다. 상기 샘플은 온도 제어기/디지털 회전 속도계 장치(Model No. 4842, Parr Instrument Co.) 및 다이얼 압력 계기가 구비된 300cc 교반 고압 벤치 반응기(Model No. 4561 Mini Reactor, Parr Instrument Co., Moline, IL 61265)를 이용하여 열수 처리되었다. 상기 반응기의 모든 젖는 부분은 스테인레스 스틸 316 타입으로 조립되었다. 포스포릭 산이 고온과 고압에서 스테인레스 스틸에 침투할 수 있기 때문에, 일반적으로 316SS는 본 발명에 이용되는 용액 전구물질과 같은 무기산 계를 위해 선택되는 재료는 아니다. 그러나 본 발명을 실시함에 있어서, 상기 반응기의 표면에 직접적으로 접촉하는 것(즉, 젖는 것)은 파이렉스 유리 라이너(Pyrex glass liner)를 이용하여 피할 수 있다. 상기 교반기 및 열전대(thermocouple) 덮개만이 반응 용액에 잠기며, 어떠한 부식도 관찰되지 않았다. 또한, 상기 반응 혼합물 내에 높은 니트레이트 이온 농도는 316SS 타입에 대한 소극적 환경을 제공한다는 것이 추정되었다.

상기 칼슘 니트레이트-소듐 하이포포스파이트 용액 100g(약 100ml)는 상기 반응기의 파이렉스 라이너 내에 두고 상기 유리 라이너와 상기 반응 용기 사이의 공간에는 상기 샘플의 수준을 위해 증류수를 채웠다. 상기 반응기는 전기 맨틀에 의해 외부적으로 가열되었다. 약 100ml의 샘플 부피는 고온에서는 용액이 팽창하기 때문에 상기 반응기 내 충분한 상부 공간을 남겨둔 것이다. 상기 반응기는 테플론 개스켓(Teflon gasket)의 압착에 의해 봉해졌다. 상기 반응기는 일정한 교반 작용(500 r.p.m.)과 함께 202℃의 세트포인트에서 상기 제어기의 최고 속도로 가열되었다. 상기 반응 혼합물에 잠겨 있는 열전대에 의해 점검되는, 상기 가열 프로필은 다음과 같다:

반응기 열 프로필
시간(분)	0	5	10	15	20	25	30	35	36
온도(℃)(+/-2℃)	22	49	103	122	145	155	179	197	200(유지)
압력(psi)	-	-	-	-	-	-	160	210	220

12분 동안 200+/-3℃로 유지된 후, 반응기 압력이 약 330psi까지 증가되어 그 결과 상기 온도는 216℃로 빠르게 증가되었다. 상기 발열 반응은 근접-단열 공정을 거쳐 열 평형에 다다르게 하는 Parr 반응기에 의해 2분 내에 208℃까지 반응기 온도가 빠르게 떨어지는 것에 의해 빠르게 감퇴된다. 200℃에서 15분 후에, 상기 반응기를 가열된 맨틀로부터 제거하고, 냉각수 배스(bath)에서 식혀서 상기 상부 공간에 대기압에 대한 배출구를 만든 후에 개방하였다.

상기 유리 라이너에 하얀 침전물이 발견되었다. 상기 고체는 0.45 마이크론 막 필터(Millipore, Inc., Bedford, MA, 01730)위에서 진공 여과를 거쳐 수집되었고, 증류수로 여러 번 세척되었으며, 그리고 에너지 대류 오븐(forced convection oven) 내에서 약 55℃로 건조되었다. 상기 고체의 X-선 회절을 실시예 1에 기재된 바와 같이 실시하였다.

X-선 회절은 독특하며 동정될 수 없는 회절 패턴으로 나타났다(도 13 참조).

실시예 14 - 신규의 저온 열수(HYPR) 칼슘 포스페이트 분말의 제조

1.0M NaOH 용액 40.3g을 증류수 대신 칼슘 니트레이트 및 소듐 하이포포스파이트의 균질 용액에 빠르게 교반하면서 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 13을 반복하였다. 상기 염기의 첨가는 밀크 화이트 분산을 형성하는 결과를 낳았으며, 그것은 아마도 Ca(OH)₂의 침전 때문일 것이다.

상기 샘플은 207℃의 온도 세트포인트에서 실시예 13에 기재된 대로 열수적으로 공정되었다. 160℃(25분)에서 상기 온도 램프(ramp)는 실시예 13에서 표시된 대로였다. 작동 된지 30분의 시점에서, 상기 반응 혼합물의 온도가 5분 안에 최대 221℃까지 올라가고 그에 대응하여 기압도 370psi까지 증가되는 발열 반응이 일어났다. 이 실험의 38분에서 상기 반응기를 상온으로 식혔다.

상기 반응 생성물은 소량의 하얀 침전물로 이루어졌다. 상기 물질은 실시예 13과 동일한 방법으로 수집되었다. 상기 건조된 샘플의 X-선 회절을 실시예 1에 기재된 대로 실시하였다. XRD는 상기 고체가 실시예 13에서 발견되는 것과 같은 동정될 수 없는 패턴(결정상)과 소량의 HAp[Ca₅(PO₄)₃(OH)]를 이루고 있다는 것을 나타내었다(도 14 참조).

실시예 15 - 신규의 저온 열수(HYPR) 칼슘 포스페이트 분말의 제조

50wt% 칼슘 니트레이트 테트라하이드레이트 수용액 47.0g 전체를 증류수 53.0g으로 희석하였다. 그 다음, 23.57wt% Ca 및 111.7wt% [PO₄]^-3과 등가인, 6.00g 칼슘 하이포포스파이트 염[Ca(H₂PO₂)₂](Alfa/Aesar reagent #56168, CAS #7789-79-9)을 빠른 교반을 이용하여 Ca(NO₃)₂용액 내로 슬러리화 시킨다. 얼마간의 상기 칼슘 파이포포스파이트가 상온의 샘플에 용해되지 않고 남았다. 상승된 온도의 Ca(NO₃)₂용액 내에서 상기 Ca(H₂PO₂)₂의 용해 작용은 알려지지 않았다. 이러한 시스템에 있어서 칼슘/포스페이트의 몰 비율은 1.91 이었다.

상기 샘플은 212℃의 온도 세트포인트에서 실시예 13에 기재된 대로 열수적으로 공정되었다. 200℃까지의 상기 온도 램프는 실시예 13에서 표시된 대로였다. 작동한지 39분 시점에서, 발열 반응은 반응 혼합물의 기온이 3분 안에 최대 252℃까지 올라가고 그에 대응하여 기압도 640psi까지 증가되었다. 이 실험의 44분에서, 상기 반응기를 상온으로 식혔다.

상기 반응 생성물은 여러 고체 부유물과 함께 부피가 큰 하얀 침전물로 나타났다. 상기 물질은 실시예 13에 기재된 바와 같이 수집되었다. 상기 건조된 고체의 X-선 회절을 실시예 1에 기재된 바와 같이 실시하였다. XRD는 상기 고체가 모네타이트(CaHPO₄)로 이루어진 것을 나타내었다(도 15 참조). 도 2에 있어서 상기의 독특한 결정 형태는 전자 현미경사진의 화상을 스캐닝(scanning)하여 묘사한 것이다.

상기 RPR 및 HYPR 분말의 혼합물은 치과 및 정형외과적 결함을 치료하기 위한 자가-응고 칼슘 포스페이트 접합제를 형성하는 데에 유용하다. 또한 상기 특이한 구성물 및 용해될 수 있는 액체의 첨가는 본 발명의 전구물질 뼈 미네랄 구조를 형성하기 위해 추가될 수 있다.

실시예 16 - 신규의 접합제 조성물

NaOH 및 증류수를 이용하여 형성된 알칼린 용액 약 1.4g(7 molar)을 45초 동안 유리 막자 사발과 공이를 이용하여 HYPR 모네타이트[실시예 15] 및 1.1g RPR β-TCP-HAp(CO₃)[실시예 3]과 혼합하였다. 혼합한 후, 부드러운 페이스트가 형성되었고, 3ml 폴리프로필렌 주사기로 빨아 올린 후 가만히 둔 상태에서 20분간 밀폐시켰다. 상온 세팅(setting)은 20분 후에 측정되었으며, 454g 길모어 니들(Gilmore needle)을 이용하여 나타내었다. 상기 응고된 접합제는 X-선 회절에 의해 분석되었으며 일차적 타입-B, 즉 뼈 미네랄 전구물질 상(phase)으로 바람직한, 탄화된 애퍼타이트로 전환되었음이 밝혀졌다(도 16 참조):

접합제를 XRD 한 결과

주 Ca₅(PO₄)_3-x(CO₃)_x(OH)

부 Whitlockite[β-Ca₃(PO₄)₂]

실시예 17 - 신규의 접합제 조성물

주용액(stock solution)은 실시예 1에 이용한 약 7M NaOH 용액과 1.0% 폴리아크릴 산(PAA)과 함께 형성되었다. PAA는 킬레이팅 첨가제(chelating setting additive) 및 습윤제로 사용되었다. 상기 용액은 응고 접합제를 형성하기 위하여 여러 가지 분말의 조합과 함께 이용되었다. HYPR 모네타이트[실시예 15] 및 RPR β-TCP-HAp(CO₃)[실시예 3]의 50/50 혼합 분말의 약 0.7g을 유리 플레이트 위에서 1% PAA-NaOH 용액(분말 대 액체 비율 = 1.73) 0.39g과 함께 유리 스패튤라로 혼합하였다. 3ml 주사기를 통해 상기 접합제를 압출하여, 상온(23℃)에서 20분간 가만히 둔 후 응고시켰다.

실시예 18 - 34

실시예	분 말	액 체	분말/분말/액체 비율 (점조성)	세트 타임(분) Gilmore Needle (454g)# = (1200g)
18	HYPR 모네타이트 +RPR(실시예 1) 500℃	7M NaOH알칼린 용액	1/1/1.2(약간 젖은 페이스트)	< 20분(#)
19	HYPR 모네타이트 (실시예 15) +RPR(실시예 1) 700℃	7M NaOH알칼린 용액	1/1/1.2(젖은 페이스트)	< 20분(#)
20	HYPR 모네타이트 (실시예 15) +-50㎛ 45S5^#유리	7M NaOH알칼린 용액	1/1/1(약간 젖은 페이스트)	15 - 18분
21	RPR (실시예 1) 500℃	7M NaOH알칼린 용액	1.5/1(젖은 페이스트)	> 40분
22	RPR (실시예 1) 300℃+RPR (실시예 1) 500℃	7M NaOH알칼린 용액	1.7/1(약간 젖은 페이스트)	40분
23	HYPR 모네타이트 (실시예 15) +상업적인 β-TCP	7M NaOH알칼린 용액	1/1/1.4(v.gritty,wet)	No Set up to 24hrs
24	HYPR 모네타이트 (실시예 15) +RPR(실시예 2) 500℃	7M NaOH알칼린 용액	1/1/1.4(약간 젖은 페이스트)	20분(#)
25	HYPR 모네타이트 (실시예 15) +RPR(실시예 2) 500℃	7M NaOH알칼린 용액 + 20% PAA	1/1/1(점토와 같은 페이스트)	< 30분sl. set
26	HYPR 모네타이트 (실시예 15) +RPR(실시예 2) 500℃	7M NaOH알칼린 용액 + 5% PAA	1/1/1(점토와 같은 페이스트)	35분
27	HYPR 모네타이트 (실시예 15) +RPR(실시예 11) 700℃	7M NaOH알칼린 용액 + 1% PAA	1/1/1.2(약간 건조한 페이스트)	12 - 15분

28	HYPR 모네타이트 (실시예 15) +RPR(실시예 1) 700℃	10wt% Ca(H₂PO₂)₂수용액	1/1/1.2(매우 젖은 페이스트)	1시간 - 15분
29	RPR (실시예 11) 500℃	10wt% Ca(H₂PO₂)₂수용액	1.7/1(매우 젖은 페이스트)	45분
30	RPR (실시예 11) 500℃	10wt% Ca(H₂PO₂)₂수용액	2.5/1(약간 건조한 페이스트/퍼티)	20분
31	RPR (실시예 11) 500℃	10wt% Ca(H₂PO₂)₂수용액 + 1wt% H₂PO₂수용액	2.25/1(질이 좋은 페이스트/퍼티)	15분
32	HYPR 모네타이트 (실시예 15) +RPR(실시예 11) 500℃	3.5 M NaOH 알칼린 용액	1/1/1(질이 좋은 페이스트/퍼티)	35분* 12분
33	HYPR 모네타이트 (실시예 15) +RPR(실시예 11) 500℃	3.5 M NaOH 알칼린 용액	1/3/2(페이스트/퍼티)	38분*15분
34	HYPR 모네타이트 (실시예 15) +RPR(실시예 11) 500℃	살린(saline), EDTA buffered	1/1/1(질이 좋은 페이스트/퍼티)	43분*20분

* = 37℃, 98% 상대 습도에서의 세트 타임

HYPR 모네타이트 = 열수적으로 공정된 모네타이트(HYdrothermally PRocessed monetite)(CaHPO₄)

RPR = 환원-산화 침전 반응(Reduction-oxidation Precipitation Reaction)

45S5^#유리 = {24.5% CaO - 24.5% Na₂O - 6% P₂O₅- 45℃ SiO₂(wt%)}

PAA = 폴리아크릴 산

상업적인 β-TCP는 Clarkson Chromatography Products, Inc.(S. Williamsport, PA)로부터 구입함.

실시예 35 - 신규의 저온 네오디뮴 포스페이트 분말의 제조

가열판/자기 교반기 위의 250ml 플루오르중합체 수지 비이커 내에서 50wt% H₃PO₂11.04g 수용액을 5.00g 증류수로 희석하여 무색 투명한 용액을 형성하였다. 상기 용액에 32.90 wt% Nd와 등가인, 36.6g 네오디뮴 니트레이트 헥사하이드레이트 염[Nd(NO₃)₃·6H₂O](Alfa/Aesar reagent #12912, CAS # 16454-60-7)을 첨가시켰다. 상기 혼합물 내의 네오디뮴/포스페이트의 몰 비율은 1/1 이었고, 상기 등가 고형 수준(NdPO₄와 같은)은 38%였다. 상기 네오디뮴 니트레이트 헥사하이드레이트 염은 상기 혼합물을 점진적으로 데워서 흡열적으로 용해되어, 결과적으로 상온에서 투명하고 균질한 라벤더 색의 용액을 형성하였다. 약 70℃에서 상기 용액을 계속 저어주며 가열하여 활발한 흡열 반응이 시작되도록 하였으며, 그 결과 NO_x(g)가 방출되었고, 약 100℃까지 상기 샘플의 온도가 빠르게 상승하였으며, 마지막으로 라벤더 색의 페이스트 덩어리가 형성되었다. 상기 페이스트 고체를 열처리한 후에 실시예 1에 기재한 대로 상기 연소된 고체의 X-선 회절 분석을 실시하였다. 결과는 다음과 같다(도 18A 및 B 참조):

500℃, 45분 동안 열처리한 결과

주 Neodymium phosphate hydrate[NdPO₄·0.5H₂O]

700℃, 45분 동안 열처리한 결과

주 Monazite-Nd[NdPO₄]

실시예 36 - 신규의 저온 세륨 포스페이트 분말의 제조

가열판/자기 교반기 위에서 50wt% H₃PO₂11.23g 수용액과 5.00g 증류수를 250ml 플루오르중합체 수지 비이커 내에서 희석하여 무색 투명한 용액을 형성하였다. 상기 용액에 32.27wt% Ce과 등가인, 36.94g 세륨 니트레이트 헥사하이드레이트 염[Ce(NO₃)₃·6H₂O](Johnson-Matthey reagent #11329-36)을 첨가시켰다. 상기 혼합물 내의 세륨/포스페이트의 몰 비율은 1/1 이었으며 상기 등가 고형 수준(CePO₄과 같은)은 37.6wt%였다. 상기 반응 혼합물을 점진적으로 데워 상기 세륨 니트레이트 헥사하이드레이트 염을 흡열적으로 용해시켜, 상온에서 무색 투명한 균질 용액을 형성하였다. 약 65℃에서 상기 용액을 계속 저어주며 가열하여 활발한 흡열 반응이 개시되도록 하였으며, 그 결과 NO_x(g)가 방출되었고, 약 100℃ 이상까지 상기 샘플의 온도가 빠르게 상승하였으며, 마지막으로 밝은 회색의 페이스트 덩어리가 형성되었다. 상기 페이스트 고체를 열처리한 후에 상기 가열된 고체의 X-선 회절 분석을 실시예 1에 기재한 대로 실시하였다. 결과는 다음과 같다(도 18C 참조):

700℃, 45분 동안 열처리한 결과

주 모나제이트-Ce[CePO₄]

실시예 37 - 신규의 저온 이트륨 포스페이트 분말의 제조

가열판/자기 교반기 위에서 50wt% H₃PO₂14.36g 수용액과 5.00g 증류수를 250ml 플루오르중합체 수지 비이커 내에서 희석하여 무색 투명한 용액을 형성하였다. 상기 용액에 23.21wt% Y와 등가인, 41.66g 이트륨 니트레이트 헥사하이드레이트 염[Y(NO₃)₃·6H₂O](Alfa-Aesar reagent #12898, CAS # 13494-98-9)를 첨가시켰다. 상기 혼합물 내의 이트륨/포스페이트의 몰 비율은 1/1 이었으며, 상기 등가 고형 수준(YPO₄와 같은)은 32.8wt%였다. 상기 반응 혼합물을 점진적으로 데워 상기 이트륨 니트레이트 헥사하이드레이트 염을 흡열적으로 용해시켜, 상온에서 무색 투명한 균질 용액을 형성하였다. 약 75℃에서 상기 용액을 계속 저어주며 가열하여 활발한 흡열 반응이 개시되도록 하였으며, 그 결과 NO_x(g)가 방출되었고, 약 100℃ 이상까지 상기 샘플의 온도가 빠르게 상승하였으며, 마지막으로 하얀 페이스트 덩어리가 형성되었다. 상기 페이스트 고체를 열처리한 후에 상기 연소된 고체의 X-선 회절 분석을 실시예 1에 기재한 대로 실시하였다. 결과는 다음과 같다(도 8D 참조):

700℃, 45분 동안 열처리한 결과

주 Xenotime [YPO₄]

실시예 38

여러 가지 다양한 미네랄들이 본 발명에 의해 제조될 수 있다. 하기의 표는 산화제와 환원제를 열거한 것이다. 상기 열거된 모든 산화제는 상기 열거된 모든 환원제와 함께 반응될 수 있으며, 각각의 블렌드들도 이용될 수 있다. 적절한 화학양론이 위에 언급된 반응을 수반하기 위하여 이용될 수 있을 것이다. 또한 상기 반응을 위해 가능한 첨가제와 충진제를 열거하였다. 예상된 생성물들은 상기 생성물들의 예상된 응용 분야의 것들로서 제공된다. 하기의 모든 것들은 앞서 언급된 모든 혹은 몇몇 실시예의 방법을 행하기 위해 일반적으로 예상된다.

산화제	XNO₃형태의 화합물(X= H, Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag 및 Hg)X(NO₃)₂형태의 화합물(X= Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Cr, Mn, Fe, Co, Ni,Cu, Zn, Rh, Pd, Cd, Sn, Hg 및 Pb)X(NO₃)₃또는 XO(NO₃) 형태의 화합물(X= Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Ga,As, Y, Nb, Rh, In, La, Tl, Bi, Ac, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd,Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, U 및 Pu)X(NO₃)₄또는 XO(NO₃)₂형태의 화합물(X= Mn, Sn, Pd, Zr, Pb, Ce, Pr,Th, Pa, U 및 Pu)할로겐 옥소산: 퍼할릭 산(perhalic acid)(HOClO₃, HOBrO₃, HOIO₃);할릭 산(halic acid)(HOClO₂, HOBrO₂, HOIO₂);할로우스 산(halous acid)(HOClO, HOBrO, HOIO)
환원제	5B, 6B 및 7B족 옥소산(5B는 N, P 및 As를 포함하며; 6B는 S, Se 및Te를 포함하고; 그리고 7B는 Cl, Br 및 I를 포함한다.)포스포러스 옥소산 화합물: 하이포포스파이트(H₃PO₂); 하이포포스포릭산(H₄P₂O₆); 이소하이포포스포릭 산(H₄P₂O₆); 포스포닉 산 또는 포스포러스 산(H₃PO₃); 디포스포닉 산(H₄P₂O₅); 포스피닉 산 또는 하이포포스포러스 산(H₃PO₂)황 옥소산 화합물: 티오설퓨릭 산(H₂S₂O₃); 디티오닉 산(H₂S₂O₆); 폴리티오닉 산(H₂S_n+2O₆); 설퍼러스 산(H₂SO₃); 디설퍼러스 산(H₂S₂O₅);디티오너스 산(H₂S₂O₄)
첨가제	Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂, SiO₂, Ca(OH)₂, DCPD, DCPA, HAp, TCP, TTCP,MCMP, ZrSiO₄, W-금속, Fe 금속, Ti 금속, 카본 블랙, C-섬유또는 플레이크, CaF₂, NaF, 탄화물, 질화물, 유리 섬유, 유리미립자, 유리 세라믹, 알루미늄 섬유, 세라믹 섬유, 생물 활성세라믹 섬유와 미립자, 폴리아크릴산, 폴리비닐 알코올, 폴리메틸메타아크레이트, 폴리카보네이트 및 다른 안정적인 중합화합물.아세테이트, 포르메이트, 락테이트, 단순한 카르복실레이트 및 단순한 당
생성물	섬유, 플레이크, 위스커, 미립(granule), 코팅제, 덩어리 및 미세한 분말형태의 XY(PO₄), XY(SO₄), XY(PO₄)(SO₄), WXYZ(PO₄)(SO₄)(CO₃),WXYZ(PO₄)(SO₄)(CO₃)(F, Cl, Br, I), WXYZ(PO₄)(SO₄)(CO₃)(F, Cl, Br,I)(OCl, OF, OBr, OI)

위에서 제조된 상기 미네랄은 다양하게 응용되어 이용될 수 있다. 즉, 전형적으로 안료, 인광 물질, 형광제, 도료 첨가제, 인조 보석, 크로마토그래피 매질, 가스 세정 매질, 여과 매질, 생체 분리 매질, 제올라이트(zeolite), 촉매, 촉매적 지지체, 세라믹, 유리, 유리-세라믹, 접합제, 전자 세라믹, 압전기적 세라믹, 바이오세라믹, 루핑 그래뉼, 보호 코팅제, 바나클 지연 코팅제, 폐기물 고형화, 핵 폐기물 고형화, 연마제, 광택제, 광택 페이스트, 방사선약제, 의학적 영상 및 치료제, 의약 전달, 부형제(excipients), 정제 부형제(tabletting excipients), 치과 및 정형외과적 생물 활성 물질과 생물 활성 코팅제, 합성 충진제(composite fillers), 점도 조절 첨가제, 종이 마감 첨가제, 광학 코팅제, 유리 코팅제, 광학 충진제, 비료 및 토양 영양 첨가제로 응용된다.

Claims

a. (ⅰ) 금속 양이온;

(ⅱ) 적어도 하나의 산화제; 그리고

(ⅲ) 옥소음이온을 형성하기 위하여 상기 산화제에 의해 산화될 수 있는 적어도 하나의 전구물질 음이온;

으로 구성되는 수용액을 제조하고;

b. 상기 산화제 및 상기 전구물질 음이온 사이의 산화-환원 반응을 개시하기 위해 효과적인 온도와 압력 조건하에서 상기 용액을 가열하고;

c. 상기 반응에서 적어도 하나의 가스 생성물이 분출되어 상기 옥소음이온을 형성하고; 그리고

d. 상기 용액으로부터 염을 침전시키는;

단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 금속 양이온 및 적어도 하나의 옥소음이온의 염을 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 염의 상기 가열 단계가 상(phase)의 전환 및/혹은 결정화를 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 산화제는 니트레이트이며 상기 가스 생성물은 산화 질소인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 가스 생성물은 NO₂인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 염은 실질적으로 균질한 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 염은 칼슘 포스페이트인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 가열이 약 250℃ 까지 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 용액이 알코올로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 상기 전구물질 음이온이 옥소음이온을 포함하는 포스포러스인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 상기 전구물질 음이온이 하이포포스파이트인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 금속 양이온이 상기 산화제의 일부분을 구성하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 산화제 및 금속 음이온이 금속 니트레이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 전구물질 양이온이 1가의 Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag 또는 Hg인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 전구물질 양이온이 2가의 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Rh, Pd, Cd, Sn, Hg 또는 Rb인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 전구물질 양이온이 3가 혹은 4가의 Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Ga, As, Y, Nb, Rh, In, La, Tl, Bi, Ac, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, U 및 Pu인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 산화제가 니트레이트인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 상기 금속 양이온이 칼슘인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 반응이 산성 조건하에서 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, pH가 3 미만에서 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, pH가 1.5 미만에서 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
a. 상기 금속 양이온;

적어도 하나의 산화제; 및

옥소음이온을 형성하기 위하여 상기 산화제에 의해 산화될 수 있는 적어도 하나의 전구물질 음이온;

으로 구성되는 수용액을 제조하고;

b. 상기 산화제 및 상기 전구물질 음이온 사이의 산화-환원 반응을 개시하기 위해 효과적인 온도와 압력 조건하에서 상기 용액을 가열하고;

c. 상기 반응에서 적어도 하나의 가스 생성물이 분출되어 상기 옥소음이온을 형성하고; 그리고

d. 상기 용액으로부터 염을 침전시키는;

단계로 형성되는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 금속 양이온 및 적어도 하나의 옥소음이온의 염.
제21항에 있어서, 상기 염은 실질적으로 균일한 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 염.
제21항에 있어서, 상기 염은 비-화학양론적 조성물을 갖는 것을 특징으로 하는 염.
제21항에 있어서, 상기 염은 복수의 금속성 양이온으로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 염.
포스포러스 옥소산 및 칼슘 니트레이트 수용액을 제조하고;

상기 옥소산 및 상기 칼슘 니트레이트 사이의 산화-환원 반응을 개시하기 위해 효과적인 온도와 압력의 상태 하에서 상기 용액을 가열하며;

상기 반응에서 산화 질소 가스가 분출되고; 그리고

상기 용액으로부터 상기 칼슘 포스페이트가 침전되는;

단계로 제조되는 것을 특징으로 하는 생물 활성적이고 생체 적합적인 칼슘 포스페이트.
제25항에 있어서, 100℃를 넘는 온도에서 더 가열하는 것을 특징으로 하는 칼슘 포스페이트.
제26항에 있어서, 상기 가열이 700℃ 미만의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 칼슘 포스페이트.
제25항에 있어서, 상기 포스포러스 옥소산은 하이포포스포러스 산인 것을 특징으로 하는 생물 활성적이고 생체 적합적인 칼슘 포스페이트.
제25항의 상기 생물 활성적이고 생체 적합적인 칼슘 포스페이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 뼈의 결손을 치료하기 위한 생물 활성적 접합제.
제25항에 있어서, 제약학적으로 수용가능한 담체 또는 희석제와 혼합되는 것을 특징으로 하는 생물 활성적이고 생체 적합적인 칼슘 포스페이트.
제25항에 있어서, 중합 가능한 물질과 혼합되는 것을 특징으로 하는 생물 활성적이고 생체 적합적인 칼슘 포스페이트.