KR20010021578A

KR20010021578A - 하이드록시아파타이트, 복합체, 이들의 제조방법 및 용도

Info

Publication number: KR20010021578A
Application number: KR1020007000136A
Authority: KR
Inventors: 아카시미츠루; 다구치데츠시; 기시다아키오; 하야시아키오
Original assignee: 우노 마사야스; 닛폰 유시 가부시키가이샤
Priority date: 1998-05-08
Filing date: 1998-08-04
Publication date: 2001-03-15
Also published as: JP4254057B2; US6395037B1; DE69819513D1; DE69819513T2; EP1000902A1; WO1999058447A1; EP1000902B1; EP1000902A4; KR100384184B1

Abstract

실질적으로 Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂로 구성되고 X선 회절 분석에 있어서 적어도 31-32도 및 26 도에서 각각 회절 피크를 갖는 결정 구조의 하이드록시아파타이트; 그리고 칼슘 이온을 함유하는 제 1 수용액 및 PO₄이온을 함유하는 제 2 수용액에 기체를 침지하여 기체의 적어도 표면에 상기 하이드록시아파타이트를 생성시키는 공정(A)과 기체로부터 상기 하이드록시아파타이트를 회수하는 공정(B)을 포함하는 하이드록시아파타이트의 제조 방법.

Description

하이드록시아파타이트, 복합체, 이들의 제조방법 및 용도{HYDROXYAPATITE, COMPOSITE, PROCESSES FOR PRODUCING THESE, AND USE OF THESE}

생체조직 중의 뼈, 이 등의 주요구성층은 하이드록시아파타이트(이하 HAp라 할 경우가 있음)에 근사한 무기고체 물질로 구성되고 있다. 그리고, 뼈나 이가 손상될 경우의 수복에는 생체적합성을 갖는 세라믹스재료 등이 사용된다는 것이 알려져 있다. 가령, 주로 치주(齒周) 충전재로 사용되는 상품명 "Bioglass"(Nippon Electric Glass Co. Ltd., Otsu. Siga. Japan 제, 성분; Na₂O-CaO-SiO₂-P₂O₅), 주로 골충전재로 사용되는 HAp의 소결체(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂), 인공추체 및 장골스페이서 등으로 사용되는 아파타이트와 규회석(CaO-SiO₂)을 포함한 결정화유리(상품명 "Cerabone A-W", Nippon Eletric Glass Co. Ltd. Otsu. Siga. Japan 제)등이 알려져 있다.

이들 세라믹스재료는 뼈 대체에 사용하기 위하여 가령 금속 등의 강도 높은 재료표면에 형성하는 시도가 행해지고 있다. 또, 유연성, 내구성이 풍부하고, 뼈 이외의 인공생체조직 등에의 응용을 기대하여 가공이 쉬운 각종 유기고분자재료 표면상에 HAp층을 형성하는 방법, 이른 바 생체모방반응이라 일컫는 방법이 개발되고 있다.

이 생체모방반응은 사람의 체액과 같은 이온농도를 갖는 수용액(의사체액)에 CaO와 SiO₂를 주성분으로하는 유리입자를 침지하고, 이어서 유기고분자재료를 침지하고, 유기고분자재료의 표면에 다수의 아파타이트핵을 생성시킨 후, 이 유기고분자재료만을 의사체액의 1.5배의 이온농도를 갖는 수용액에 침지시켜 반응시키는 방법이다. 이 생체모방반응에 따르면, 아파타이트 핵이 유기고분자재료상에서 자연히 성장하고, 치밀하고 균질한 골유사의 HAp층이 임의의 두께만큼 형성된다는 것이 보고되어 있다(J. Biomed. Mater. Res. vol.29, p349-357(1995)).

그러나, 이 생체모방반응은 HAp의 생성속도가 늦고, 2주간 이상의 장기간 반응시켜도 유기고분자재료상에 인공뼈에 사용할 수 있을 정도의 HAp를 생성시킬 수가 없다는 것이 실상이다.

그런데, 상기 세라믹스 재료는 가령 살아있는 뼈와 결합할 정도의 생체친화성을 갖는 것이 요구되고, 조성 및 형태를 중심으로 하는 연구가 행해지고 있다. 또 최근, 생체친화성의 향상은 세라믹스 재료의 조성 및 형태만이 아니라, 그 결정구조도 중요하다는 것을 알고 있다. 가령 사람뼈의 결정구조는 X선 회절에 의해 도 10에 도시되는 특이한 회절 피크를 나타낸다는 것이 알려져 있다(Biomaterials, 11, p568-572, 1990.)

그러나, 이와 근사한 결정구조를 갖는 HAp는 종래 알려지지 않았다. 가령, 골유사의 HAp층이 형성된다는 것이 보고되고 있는 상기 생체모방반응에 의해 얻어지는 HAp도 이같은 결정구조는 갖지 않는다.

본 발명은 뼈의 구성성분에 근사하고, 인공뼈 등의 각종 생체조직 및 의료용 재료 등에 이용가능한 신규한 하이드록시아파타이트, 이 하이드록시아파타이트를 구비한 복합체 및 이들의 제조방법에 관한 것이다. 또 본 발명은 상기 하이드록시아파타이트 또는 복합체를 이용한 인공생체조직 및 의료용재료를 제조하기 위한 상기 하이드록시아파타이트 또는 복합체 사용에 관한 것이다.

도 1은 폴리비닐알콜(이하 PVA라 약기함)겔을 염화칼슘 용액과 인산수소나트륨 용액에 침지시켜 본 발명의 HAp를 생성시키는 실시예 1에 있어서의 공정을 설명하기 위한 개략도이다.

도 2는 PVA겔을 염화칼슘 용액과 인산수소나트륨 용액에 침지시킬 때의 시간과 팽윤도와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 3은 팽윤도 10.4의 PVA겔의 X선 회절의 결과, 이 PVA겔을 염화칼슘 용액과 인산수소나트륨 용액에 번갈아 1회 침지시킨 후의 X선 회절의 결과, 및 이 PVA겔을 염화칼슘 용액과 인산수소나트륨 용액에 번갈아 5회 침지시킨 후의 X선 회절의 결과를 나타내는 도표이다.

도 4는 PVA겔에 본 발명의 HAp를 형성시킨 상태를 나타내는 현미경 사진으로서, (a)는 PVA겔의 사진, (b)는 PVA겔을 염화칼슘 용액과 인산수소나트륨 용액에 번갈아 1회 침지시킨 후의 사진, (c)는 PVA겔을 염화칼슘 용액과 인산수소나트륨 용액에 번갈아 5회 침지시킨 후의 사진이다.

도 5는 PVA겔에 본 발명의 HAp를 형성시키는 상태를 나타내는 PVA겔 단면의 현미경사진으로, (a)는 PVA겔을 염화칼슘 용액과 인산수소나트륨용액에 번갈아 1회침지시킨 후의 PVA겔 단면의 사진, (b)는 PVA겔을 염화칼슘 용액과 인산수소나트륨 용액에 번갈아 5회 침지시킨 후의 PVA겔 단면의 사진, (c)는 PVA겔을 염화칼슘 용액과 인산수소나트륨 용액에 번갈아 10회 침지시킨 후의 PVA겔 단면의 사진, (d)는 PVA겔을 염화칼슘 용액과 인산수소나트륨 용액에 번갈아 15회 침지시킨 후의 PVA겔 단면의 사진이다.

도 6은 염화칼슘 용액과 인산수소나트륨 용액에 팽윤도 4∼30의 PVA겔을 번갈아 1회 침지시키는 조작을 1 사이클로 할때의 사이클 마다의 PVA겔에 형성되는 본 발명의 HAp양과, PVA겔의 팽윤도 관계를 나타내는 그래프이다.

도 7은 염화칼슘 용액과 인산수소나트륨 용액에 PVA겔을 번갈아 1회 침지시키는 조작을 1 사이클로 할 때의 PVA겔의 각 팽윤도에 있어서의 사이클수와 PVA 겔에 형성되는 본 발명의 HAp 양과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 8은 염화칼슘 용액과 인산수소나트륨 용액에 PVA겔을 번갈아 1회 침지시키는 조작을 1 사이클로 할 때의 PVA겔의 각 팽윤도에 있어서의 사이클수와 PVA 겔에 형성되는 본 발명의 HAp 형성 비율과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 9는 비교예 1에서 행한 생체모방 반응에 의해 형성시킨 HAp의 결정구조를 X선 회절에 의해 측정한 결과를 나타내는 도표이다.

도 10은 사람뼈의 결정구조를 X선 회절분석에 의해 측정한 결과를 나타내는 도표이다.

발명의 바람직한 실시태양

본 발명의 HAp는 조성이 실질적으로 Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂를 나타내고 또 X선 회절분석에 의해 측정한 결정구조가 사람뼈의 결정구조에 있어서 특이적인 회절 피크인, 적어도 31∼32도 및 26도에 각각 회절 피크를 갖는다. 이 X선 회절분석에 사용되는 장치로는 상품명 "Geigerflex 2013"(Rigaku Co., Tokyo, Japan 제)등이 사용된다. 또 X선 회절분석의 조건으로는, X선; CuK/30kv/15mA, 스캔속도; 2도/분의 조건 등을 들 수 있다.

본 발명의 HAp에 있어서, 조성이 실질적으로 Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂를 나타낸다는 것은 제조시 등에 있어서 불가피한 성분이 함유되어도 좋고, 또 제조시에 있어서 용존하는 탄산이온의 영향에 따른 탄산아파타이트 및/또는 Ca가 일부결손된 아파타이트를 함유하고 있어도 좋다. 또, 본 발명의 HAp의 결정구조는 사람뼈와 근사한 것이면 X선 회절에 있어서 상기 특이적 회절 피크이외에 다른 피크를 가지고 있어도 좋다.

본 발명의 HAp를 제조하는데는 가령, 특정한 제 1수용액과 특정한 제 2수용액에 기체를 침지시켜 기체의 적어도 표면에 본 발명의 HAp를 생성시키는 공정(A)와, 기체에서 본 발명의 HAp를 회수하는 공정(B)을 필수공정으로 행하는 방법 등에 의해 얻을 수 있다.

상기 공정(A)에 사용하는 특정한 제 1수용액은, 칼슘이온을 함유하고, 또 실질적으로 인산이온을 함유하지 않는 수용액이다. 인산이온이 존재할 경우는 본 발명의 HAp의 생성속도가 저하될 우려가 있으므로 제 1수용액은 통상 칼슘이온을 함유하고 또 인산이온을 전혀 함유하지 않는 수용액이다. 제 1수용액으로는, 가령 염화칼슘 수용액, 아세트산칼슘 수용액, 염화칼슘의 트리스 완충용액, 아세트산칼슘의 트리스 완충용액 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.

제 1수용액에 있어서, 칼슘이온농도는 본 발명의 HAp의 생성속도 및 생성효율을 고려할 경우, 바람직하게는 0.01∼10몰/리터, 특히 바람직하게는 0.1∼1몰/리터이다. 제 1수용액의 pH는 특별히 한정되지 않으나, 트리스 완충용액을 사용할 경우는 바람직하게는 pH 6∼10, 특히 바람직하게는 pH 7.4이다.

상기 공정(A)에 사용하는 특정한 제 2수용액은 인산이온을 함유하고 또, 실질적으로 칼슘이온을 함유하지 않는 수용액이다. 칼슘산 이온이 존재할 경우는 본 발명의 HAp의 생성속도가 저하될 우려가 있으므로 제 2수용액은 통상 인산이온을 함유하고, 또 칼슘이온을 전혀 함유하지 않는 수용액이다. 제 2수용액으로는, 인산수소나트륨 수용액, 인산이수소나트륨암모늄 수용액, 인산수소나트륨의 트리스 완충용액, 인산이수소나트륨암모늄의 트리스 완충용액 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.

제 2수용액에 있어서, 인산이온농도는 본 발명의 HAp의 생성속도 및 생성효율을 고려할 경우, 바람직하게는 0.01∼10몰/리터, 특히 바람직하게는 0.1∼1몰/리터이다. 제 2수용액의 pH는 특별히 한정되지 않으나 트리스 완충용액을 사용할 경우는 바람직하게는 pH 6∼10, 특히 바람직하게는 pH 7.4이다.

상기 제 1수용액 및 제 2수용액의 조합은 특별히 한정되지 않고, 가령 염화칼슘수용액과 인산수소나트륨수용액의 조합, 아세트산칼슘 수용액과 인산이수소나트륨암모늄수용액의 조합 등을 들 수 있다.

상기 제 1수용액 및 제 2수용액에는 본 발명의 소망의 목적이 손상되지 않는 범위에 있어서 다른 이온이 존재하여도 되나, 2.5mM 이상의 마그네슘이온(Mg²⁺)이 존재할 경우는 인산삼칼슘(TCD)이 형성될 우려가 있으므로 바람직하지 않다.

상기 공정(A)에 사용하는 기체는 상기 제 1 및 제 2수용액에 대하여 불용성이면 특별히 한정되지 않고, 가령 유기고분자중합체, 각종금속, 각종 세라믹스 등을 들 수 있다.

상기 유기고분자중합체로는 가령 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 나일론, 폴리카보네이트, 테프론, 실리콘계 엘라스토머 등을 들 수 있다. 이들 유기고분자중합체의 분자량은 특별히 한정되지 않는다. 또, 형태도 특별히 한정되지 않고, 판상, 필름상, 막상, 통상, 메쉬상, 섬유상 등을 바람직하게 들 수 있다.

특히 바람직한 유기고분자 중합체로는 수용액에 접촉시킴으로써 겔화하는 친수성 가교고분자 중합체를 들 수 있다. 친수성 가교고분자 중합체를 사용함으로써 기체의 표면만이 아니라 기체의 내부에도 본 발명의 HAp를 쉽게 형성시킬 수 있다. 또, 얻어지는 본 발명의 HAp의 형상을 미리 바라는 형상으로 설계하기 쉬운 이점도 있다.

상기 친수성 가교고분자중합체의 가교도는 특별히 한정되지 않고, 상기 제 1수용액 및 제 2수용액에서 팽윤하여 겔화하는 하이드로겔 재료가 바람직하고, 본 발명의 HAp의 생산효율을 더욱 높게하기 위하여는 팽윤도가 높은 하이드로겔 재료가 바람직하다. 가령, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리--글루타민산, 콜라겐, 글루코실에틸메타클레이트(GEMA), 부분황산화 GEMA, 무코다당(히알루론산 등), 피브로넥틴 등의 합성 또는 천연의 유기폴리머 및 이들의 공중합체를 주요 원재료로 한 하이드로겔 재료 등을 들 수 있다. 특히, 하이드로겔을 형성하는 부분가교한 친수성 수지가 바람직하다. 구체적으로는 가령, 가교폴리비닐알콜, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌아가로스, 콜라겐 등을 들 수 있다. 상기 가교폴리비닐알콜은, 폴리비닐알콜을 일부 글루타르알데히드 등의 2관능 알데히드에 의해 가교함으로써 얻을 수 있다.

상기 각종금속으로는, 스테인레스, 티탄, 백금, 탄탈, 코발트, 크롬, 몰리브덴, 또는 이들 2종이상의 금속의 합금; 티타니아 겔 등의 티탄을 사용한 졸겔법 생성물 등을 들 수 있다.

상기 공정(A)에 있어서, 제 1수용액과 제 2수용액에 기체를 침지시키는 방법으로는, (1)제 1수용액에 기체를 침지시킨 후에 제 2수용액에 기체를 침지시키는 조작을 1회 이상 행하는 방법, (2) 제 2수용액에 기체를 침지시킨 후에 제 1수용액에 기체를 침지시키는 조작을 1회 이상 행하는 방법 등을 들 수 있다. 이때, 상기 각 조작을 반복하여 행함으로써 본 발명의 HAp 생성량을 증대시킬 수 있다. 상기 조작의 반복회수는 통상 2∼20회, 바람직하게는 5∼10회 이다. 상기 조작을 반복할 경우, 상기 (1)의 방법에 있어, 꼭 최종적으로 제 2수용액에 기체를 침지시킴으로써 종료할 필요는 없고, 제 1수용액에 기체를 침지시켜서 종료하여도 된다. 동일하게, 상기(2)의 방법에 있어, 꼭 최종적으로 제 1수용액에 기체를 침지시킴으로써 종료할 필요는 없고, 제 2수용액에 기체를 침지시켜서 종료하여도 된다.

상기 제 1수용액에 기체를 침지시키는 침지시간은 본 발명의 HAp의 생성속도 및 생성효율을 고려하여 적당하게 선택된다. 통상 전체 침지시간은 10분간∼7일간, 바람직하게는 30분간∼3일간, 특히 바람직하게는 1시간∼24시간이다. 한편, 상기 제 2수용액에 기체를 침지시키는 침지시간도 본 발명의 HAp의 생성속도 및 생성효율을 고려하여 적당하게 선택된다. 통상 전체 침지시간은 10분간∼7일간, 바람직하게는 30분간∼3일간, 특히 바람직하게는 1시간∼24시간이다. 제 1수용액 및 제 2수용액에 기체를 침지시키는 조작을 반복할 경우의 각 1 회 당 침지시간은 상기 바람직한 전체 침지시간을 고려하여 적당하게 선택할 수 있다.

상기 각 수용액에 기체를 침지시킬 때의 각 수용액의 액온도는 본 발명의 HAp의 생성속도 및 생성효율을 고려하여 적당하게 선택할 수 있고, 통상 0∼90℃, 바람직하게는 4∼80℃이다.

이상의 공정(A)에 의해 기체의 적어도 표면, 기체의 종류 및 형태 등에 따라서는, 기체의 내부에까지 본 발명의 HAp를 부착형성시킬 수 있다. 통상 기체표면에 있어서는, 본 발명의 HAp는 층상으로 부착형성된다. 이 공정(A)으로 얻어진 본 발명의 HAp와 기체와의 복합체는 후술하는 본 발명의 복합체, 인공생체조직, 의료용재료에 사용할 수 있다.

본 발명의 HAp를 제조하는 데는, 이어서 기체에서 본 발명의 HAp를 회수하는 공정(B)를 행한다.

상기 회수방법은 본 발명의 HAp가 분리된다면 특별히 한정되지 않는다. 가령, 기체로서 유기고분자중합체를 사용할 경우는 상기 공정(A)로 얻은 본 발명의 HAp와 기체와의 복합체를, 바람직하게는 600℃ 이상의 고온으로 소결하고, 유기고분자중합체를 연소·제거함으로써 본 발명의 HAp를 회수할 수 있다.

얻어지는 본 발명의 HAp는 그대로, 또는 원하는 형상으로 성형가공하고, 각종 공지의 소결처리나 표면처리 등을 행함으로써 각종 의료용 재료의 제조에 사용할 수 있다.

본 발명의 복합체는 기체의 적어도 표면에, 또 기체의 종류와 형태에 따라서는 기체내부까지 상기 본 발명의 HAp를 구비하고 있다. 기체상에 형성된 본 발명의 HAp는 통상 층상이나, 층두께는 기체의 종류나 형상, 또는 복합체를 사용하는 용도 등에 따라 적당하게 선택할 수 있다. 가령, 복합체에 있어서의 본 발명의 HAp층 두께는 0.0001∼5mm 정도가 적당하다.

복합체의 형상은 기체의 형상을 적당하게 선택함으로써, 또 복합체를 원하는 형상으로 가공함으로써 여러 형상으로 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 복합체는 기체종류나 형태를 적당하게 선택하고 또, 복합체를 원하는 형상으로 가공함으로써 인공뼈를 비롯한 각종 인공생체조직으로 할 수 있다. 가령, 복합체의 기체가 상기 유기고분자중합체 중에서도 유연성을 갖는 하이드로겔재료 등의 유기고분자 중합체일 경우, 탄력성이 풍부하고, 연골모양의 형상유지와 본 발명의 HAp에 의한 우수한 생체적합성을 겸비한 복합체로 할 수 있다. 이같은 복합체는 생체내에 있어서의 육조직과의 밀착성도 양호하고, 탄력성이 풍부하며, 비틀림 등에 대한 내구성에도 우수하므로 종래의 세라믹스 재료로는 실시가 곤란했던 각종 인공생체조직에의 응용이 가능하다.

본 발명의 복합체를 제조함에 있어서는, 가령 상기 공정(A)에 의해 제조할 수 있다. 기체의 종류는 상기 구체예의 것을 바람직하게 들 수 있고, 용도에 따라 적의 선택할 수 있다. 또, 공정(A)후, 원하는 형상으로 가공하거나, 공지의 소결공정, 표면처리공정 등을 행할 수 있다.

본 발명의 HAp는 뼈와 근사한 조성과 결정구조 양쪽을 구비하고 있으므로 인공뼈를 비롯한 각종 생체조직으로서 유용하다.

발명의 개시

본 발명의 제 1목적은, 뼈 구성성분의 조성 및 결정구조와 근사하고, 우수한 생체친화성이 기대되는 신규한 하이드록시아파타이트 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 제 2목적은, 뼈 구성성분의 조성 및 결정구조와 근사하고, 우수한 생체친화성이 기대되는 하이드록시아파타이트를 극히 빠른 생성속도로 효율좋게 제조할 수 있는 하이드록시아파타이트의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 제 3의 목적은, 생체친화성이 우수하고, 뼈와 근사한 결정구조를 갖는 하이드록시아파타이트를 구비하고, 의료용 재료, 인공뼈, 및 뼈 이외의 유연성 등이 요구되는 각종 생체조직 등에 유용한 복합체 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 제 4의 목적은, 생체친화성이 우수하고, 뼈와 근사한 결정구조를 갖는 하이드록시아파타이트를 극히 빠른 속도로 효율좋게 생성시켜 의료용재료, 인공뼈, 및 뼈 이외의 유연성 등이 요구되는 각종 생체조직 등에 유용한 복합체를 쉽게 얻을 수 있는 복합체의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 제 5의 목적은, 뼈의 구성성분의 조성 및 결정구조가 근사하고, 우수한 생체친화성이 기대되는 하이드록시아파타이트를 구비한 인공뼈 등의 생체조직을 제공함에 있다.

본 발명자들은 인공뼈를 비롯한 유연성 및 내구성 등이 우수한 각종 생체조직에 이용될 수 있는 생체친화성이 우수한 재료를 개발함에 있어, 조성만이 아니라 그 결정구조도 뼈의 구성성분인 무기고체물질과 근사한 신규한 하이드록시아파타이트의 제조방법에 대하여 예의 검토하였다. 그 결과, 유기고분자중합체, 각종 금속 등의 기체(基體)를, 칼슘이온을 함유하고 또 인산이온을 실질적으로 함유하지 않는 수용액 및 인산이온을 함유하고, 또한 칼슘이온을 실질적으로 함유하지 않는 수용액에 별개로 침지시킴으로써, 조성만이 아니라 결정구조도 뼈와 근사한 신규한 하이드록시아파타이트를 제조할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

즉, 본 발명에 따르면, 실질적으로 Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂로 이루어지고 또 X선 회절에 있어서, 적어도 31∼32도 및 26도에 각각 회절 피크를 갖는 결정구조인 하이드록시아파타이트(이하, 본 발명의 HAp라 함)가 제공된다.

또 본 발명에 따르면 상기 본 발명의 HAp의 제조방법으로서, 칼슘이온을 함유하고, 또, 실질적으로 인산이온을 함유하지 않는 제 1수용액과, 인산이온을 함유하고, 또 실질적으로 칼슘이온을 함유하지 않는 제 2수용액에 기체를 침지하여 기체의 적어도 표면에 본 발명의 HAp를 생성시키는 공정 (A)와, 기체에서 본 발명의 HAp를 회수하는 공정(B)를 포함한 히이드록시아파타이트의 제조방법이 제공된다.

또한 본 발명에 따르면 기체의 적어도 표면에 상기 본 발명의 HAp를 구비한 복합체가 제공된다.

그리고 또 본 발명에 따르면 칼슘이온을 함유하고, 또 실질적으로 인산이온을 함유하지 않는 제 1수용액과, 인산이온을 함유하고, 또 실질적으로 칼슘이온을 함유하지 않는 제 2수용액에 기체를 침지하여 기체의 적어도 표면에 본 발명의 HAp를 생성시키는 공정(A)를 포함한 상기 복합체의 제조방법이 제공된다.

또 본 발명에 따르면 상기 본 발명의 HAp 또는 상기 복합체로 실질적으로 이루어지는 인공생체조직이 제공된다.

또한 본 발명에 따르면 의료용재료의 제조를 위한 상기 본 발명의 HAp 또는 상기 복합체 사용이 제공된다.

이하 본 발명을 합성례, 실시예 및 비교예에 의해 더욱 상세히 설명하나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 예 중의 분석 및 각 측정은 이하의 기재에 따라 행하였다.

(1) X선 회절분석은 상품명 "Geigerflex 2013"(Rigaku Co., Tokyo, Japan 제)을 사용하여 X선; CuK/30kv/15mA, 스캔속도; 2도/분의 조건으로 행하였다.

(2) 하이드로겔의 팽윤도(SR₁(%))는 25℃에서 가교고분자중합체를 각 수용액에 소정시간 침지하여 가교겔을 형성시켜 표면에 잔존하는 수분을 닦아내고 중량을 측정하여 이하의 계산식으로 구하였다.

(SR₁(%)) = ((W-W₀)/W₀)×100

상기 식중, SR₁은 하이드로겔의 팽윤도, W₀는 처리전의 시료기체중량, W는 침지시킨 후의 시료기체중량을 각각 나타낸다.

(3) 가교중합체의 PVA겔에 형성된 HAp 형성량은 이하의 계산식으로 구하였다.

HAp형성량 = (PVA와 HAp의 복합체 건조중량) - (PVA의 건조중량) = (PVA와 HAp의 복합체의 건조중량) - (PVA의 팽윤중량)/(1+SR₂)

상기 식중 SR₂는 (SR₁/100)를 표시한다.

합성예 1

평균중합도 2000, 겔화도 99.5%의 PVA(와코순약사 제)의 10 중량% 수용액에 소정농도의 글루타르알데히드(나카라이 화학사 제, 가교농도는 0.2∼3몰% 범위로 변화시켰음) 및 1 규정(N)의 HCl(와코순약사 제)를 첨가하고, 2 일간 방치하여 두께 1 mm의 4종류의 PVA겔을 합성하였다. 얻어진 PVA겔을 3 일간 수중에서 팽윤시켰던 바, 각 PVA겔의 팽윤도는 4.1, 10.4, 16.8 및 30.1 이였다. 이들 PVA겔을 세정한 후, 직경 1 cm의 원형으로 타발하고, 이하에서 보여지는 실시예의 시료기체에 사용하였다.

비교예 1 (생체모방반응에 의한 HAp의 형성)

인체의 혈장에 가까운 이온농도를 갖는 의사체액(SBF:Na⁺142mM, Na⁺5.0mM, Mg²⁺1.5mM, Ca²⁺2.5mM, Cl^-148mA, HCO₃ ^-4.2mM, HPO₄ ^2-1.0mM, SO₄ ^2-0.5mM) 30ml중에 생체활성유리(CaO-SiO₂)(glass G) 입자를 혼합하고, PVA겔(가교제농도 1몰%, 팽윤도 18)의 디스크상 겔 소재 약 100mg을 2 일간 침지하였다. 침지 중의 의사체액의 액온도는 36.5℃로 유지하였다.

다음에, 상기 침지후의 PVA겔을 1.5배의 이온농도의 의사체액 30ml중에 넣고, 다시 8일간 침지시켰다. 침지중의 온도는 36.5℃로 유지하고, 이 의사체액은 2 일마다 교환하였다. 침지종료후, PVA겔을 증류수로 세정하고, 실온에서 건조시켰다. 얻은 HAp를 X선 회절분석에 의해 분석한 결과를 도 9에 도시한다.

도 9의 결과로, 생체모방반응에 의해 형성된 HAp는 도 3에 도시된 본 발명의 HAp 및 도 10에 도시된 사람뼈와 결정구조에 있어서 다른 것을 알 수 있다.

또, 상기 생체모방 반응에 있어서, 핵 형성 후, 반응 24 시간 후의 HAp 형성량을 측정하였던 바, 37℃에 있어서 약 0.08mg이었다.

실시예 1

합성례 1에서 얻은 4 종류의 PVA겔 시료기체를 각각 200mM CaCl₂/Tris-HCl(pH 7.4, 액온도 37℃) 수용액 10ml에 2시간 침지하였다(이 칼슘이온을 함유하는 용액에의 침지를 "침지(I)"라 함). 그 후, 시료기체 표면의 수분을 킴와이프로 닦아내고, 다음에 120 mM Na₂HPO₄수용액(액온도 37℃) 10 ml에 2 시간 침지하였다(이 인산이온을 함유하는 용액에의 침지를 "침지(II)"라 함). 이들 침지(I) 및 침지(II)의 교호 침지조작을 1 사이클로 하여 1∼15 사이클을 행하여 이하의 각종 관찰, 측정 및 분석을 행하였다. 도 1에 이 교호침지 조작의 개략도를 도시한다. 도 1에 있어서, 10은 시료기체(PVA겔), 11은 CaCl₂/Tris-HCl(pH 7.4, 액온도 37℃)수용액, 12는 Na₂HPO₄수용액(액온도 37℃)을 각각 도시한다.

(1) 침지(I) 및 침지(II)의 시간과 시료기체인 PVA겔의 팽윤도와의 관계를 측정하였다. 결과를 도 2에 나타낸다. 도 2에 있어서, 21은 침지(I)에 있어서의 시간과 팽윤도와의 관계, 22는 침지(II)에 있어서의 시간과 팽윤도와의 관계를 각각 표시한다.

도 2의 결과로 PVA겔의 팽윤도는 침지(I) 및 침지(II)의 시간이 2시간 정도에서 대략 변동없음을 알 수 있다.

(2) 팽윤도 10.4의 시료기체(PVA겔)의 교호침지를 행할 때에 생성되고, 시료기체에 부착형성된 HAp를 X선 회절분석에 의해 분석하였다. 결과를 도 3에 도시한다. 도 3에 있어서, 30은 교호침지를 행하기 전의 시료기체의 X선 회절분석의 결과, 31은 교호침지를 1 회 행한 후에 시료기체에 형성된 HAp의 X선 회절분석의 결과, 32는 교호침지를 5 회 행한 후에 시료기체에 형성된 HAp의 X선 회절분석의 결과이다. 또, 교호침지 1 회 및 5 회에 의해 시료기체에 형성된 것은 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)법(장치명: Shimadzu EMX-SM(Shimazu Co., Kyoto, Japan 제))에 따라 분석한 결과, 실질적으로 Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂의 조성인 것을 알았다.

도 3의 결과로, 교호침지 1 회 및 5 회의 HAp는 함께 31∼32도 및 26도에 각각 회절 피크를 가지고 있고, 교호침지 회수를 증가시킴으로써 이들 피크 강도가 높아짐을 알 수 있다.

(3) 팽윤도 10.4의 시료기체(PVA겔)의 교호침지를 행할때 생성되고, 시료기체 표면에 부착형성되는 HAp의 상태를 사진에 의해 관찰하였다. 결과를 도 4에 나타낸다. 도 4에 있어서, (a)는 시료기체(PVA겔)의 사진, (b)는 교호침지를 1회 행한 후의 시료기체 표면의 사진, (c)는 교호침지를 5회 행한 후의 시료기체표면의 사진이다.

도 4의 결과로 사이클수를 증가시킴으로써 서서히 시료기체의 PVA겔이 백색으로 되는 것을 알 수 있다. 또, 교호침지 5회후의 (c)의 사진은 시료기체의 PVA겔이 약간 수축해 있음을 알 수 있다.

(4) 팽윤도 10.4의 시료기체(PVA겔)의 교호침지를 행할때 생성되고, 시료기체의 내부에 형성되는 HAp의 상태를 시료기체단면의 현미경 사진(배율: 약 13배)에 의해 관찰하였다. 결과를 도 5에 나타낸다. 도 5에 있어서, (a)는 교호침지를 1 회행한 후의 시료기체(PVA겔) 단면의 사진, (b)는 교호침지를 5 회 행한 후의 시료기체(PVA겔) 단면의 사진, (c)는 교호침지를 10 회 행한 후의 시료기체(PVA겔)단면의 사진, (d)는 교호침지를 15 회 행한 후의 시료기체(PVA겔) 단면의 사진이다.

도 5의 결과로 교호침지 1 회에서는 시료기체의 극표면에 HAp의 백색결정이 확인되고, 교호침지를 5 회, 10 회, 15 회로 증가시킴으로써 시료기체 표면에서 내부로 결정형성이 진행되는 모양을 확인할 수 있다.

(5) 4 종류의 팽윤도의 시료기체에 의해 사이클마다의 시료기체에 형성되는 HAp 형성량과, 시료기체의 팽윤도와의 관계를 측정하였다. 결과를 도 6에 나타낸다. 도 6에 있어서, 60은 팽윤도 4.1의 시료기체의 결과, 61은 팽윤도 10.4의 시료기체의 결과, 62는 팽윤도 16.8의 시료기체의 결과, 63은 팽윤도 30.1의 시료기체의 결과이다.

또, 상기 4 종류의 시료기체의 각 팽윤도에 있어서의 사이클 수와 시료기체에 형성되는 HAp 형성량과의 관계를 그래프로 나타냈다. 결과를 도 7에 나타낸다.

또한, 상기 4 종류의 시료기체의 사이클마다의 시료기체에 형성되는 HAp 형성비율과 시료기체의 팽윤도와의 관계를 그래프로 나타냈다. 결과를 도 8에 나타낸다. 도 8에 있어서, 80은 팽윤도 4.1의 시료기체의 결과, 81은 팽윤도 10.4의 시료기체의 결과, 82는 팽윤도 16.8의 시료기체의 결과, 83은 팽윤도 30.1의 시료기체의 결과이다.

도 6∼8의 결과로, 시료기체의 팽윤도가 높을수록 HAp의 형성량 및 형성비율이 높아지는 경향이 있고, HAp의 생산효율이 침지시간과 사이클수에 의해 어느 정도 결정된다는 것을 알 수 있다. 또, 가령, 도 6의 62로 표시되는 팽윤도 16.8의 시료기체에 있어서는 6 사이클째의 침지개시에서 24시간 후에는 약 8 mg의 HAp가 생성되어 있는 것을 알 수 있다. 이 결과를 상기 비교예 1의 결과와 비교하면, 본 실시예의 방법은 종래의 생체모방반응에 비교하여 HAp 생성속도가 약 100배 빠른 것을 알 수 있다.

Claims

실질적으로 Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂로 조성되고, 또한 X선 회절분석에 있어서, 적어도 31∼32도 및 26도에서 각각 회절 피크를 갖는 결정구조인 것을 특징으로 하는 하이드록시 아파타이트.
제 1항 기재의 하이드록시아파타이트의 제조방법으로서,

칼슘이온을 함유하고 또한 실질적으로 인산이온을 함유하지 않은 제 1수용액과, 인산이온을 함유하고 또한 실질적으로 칼슘이온을 함유하지 않는 제 2수용액에 기체를 침지시켜 기체의 적어도 표면에 제 1항 기재의 하이드록시아파타이트를 생성시키는 공정(A)과,

기체에서 상기 하이드록시아파타이트를 회수하는 공정(B)을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드록시아파타이트의 제조방법.
기체의 적어도 표면에 제 1항 기재의 하이드록시아파타이트를 구비한 복합체.
칼슘이온을 함유하고 또한 실질적으로 인산이온을 함유하지 않은 제 1수용액과, 인산이온을 함유하고 또한 실질적으로 칼슘이온을 함유하지 않는 제 2수용액에 기체를 침지시켜 기체의 적어도 표면에 제 1항 기재의 하이드록시아파타이트를 생성시키는 공정(A)을 포함하는 것을 특징으로 하는 제 3항 기재의 복합체의 제조방법.
제 1항 기재의 하이드록시아파타이트 또는 제 3항 기재의 복합체로서 실질적으로 조성되는 것을 특징으로 하는 인공생체조직.
의료용 재료의 제조를 위한 제 1항 기재의 하이드록시아파타이트 또는 제 3항 기재의 복합체의 사용.