KR20030065795A - 표면 요철형 골충진제 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 a) 생체활성 세라믹스와 수용성 유기성분 결합제가 혼합된 슬러리에 b) 가연성 액상임시제와 계면활성제가 혼합된 용액을 첨가하여 표면 요철형 골충진제를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 생체활성 세라믹스와 수용성 유기성분 결합제가 혼합된 슬러리를 제조하고; 가연성 액상임시제와 계면활성제가 혼합된 용액을 각각 제조하여 이들을 서로 혼합시킨 후; 상기 용액을 충분히 교반하여 균일화된 슬러리를 형성시키고; 이를 성형; 건조; 탈지; 소결; 분쇄 및 체가름의 연속적인 공정을 통하여 표면 요철형 골충진제를 제조하는 것이다. 본 발명의 골 충진제는 원하는 조건의 기공크기 및 기공도를 용이하게 제어할 수 있으며, 기계적 성질이 향상되고 경제성 및 재현성이 우수하여 대량생산에 적합하다.

Description

표면 요철형 골충진제 제조방법{A METHOD FOR THE PREPARATION OF BONE FILLER WITH RUGGED SURFACE}

본 발명은 a) 생체활성 세라믹스와 수용성 유기성분 결합제가 혼합된 슬러리에 b) 가연성 액상임시제와 계면활성제가 혼합된 용액을 첨가하여 표면 요철형 골충진제를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 생체활성 세라믹스와 수용성 유기성분 결합제가 혼합된 슬러리와 가연성 액상임시제와 계면활성제가 혼합된 용액을 각각 제조하여 서로 혼합시킨 후 충분히 교반하여 균일화된 슬러리를 형성시키고 이를 성형, 건조, 탈지, 소결, 분쇄 및 체가름의 연속적인 공정을 통하여 표면 요철형 골충진제를 제조하는 것이다.

골충진제는 인산칼슘계 화합물 세라믹스 또는 바이오글래스계 물질을 구성하여 제조할 수 있으며, 이러한 골충진제의 형태로는 단순과립 형태 또는 상기 단순과립 형태의 표면에 요철이 도입된 표면 요철형 과립형태로 구분된다.

상기 단순과립 형태의 골충진제의 제조방법으로는 단순 소결법[미국특허 제4,218,255호, 미국특허 제4,693,986호, 미국특허 제5,030,611호, 및 미국특허 제5,064,436호]이 대표적이다. 보다 구체적으로, 단순소결법은 미립의 분말을 이용하여 과립을 제조하고, 상기 과립을 소결하여 제조하는 것으로, 상기 소결과정에서 소결되는 정도를 조절함으로써 과립의 표면에 극미세 기공을 도입하거나 기공을 거의 도입하지 않을 수 있다.

상기 단순과립 형태는 과립 자체의 강도는 매우 높지만 표면에 요철이 형성되어 있는 요철형에 비해 비표면적이 작기 때문에 골의 부착면적이 상대적으로 작고, 결과적으로 이를 포함한 뼈의 기계적 물성이 낮아지는 단점이 있다.

반면, 표면 요철형 과립형태의 골충진제는 새로 생성되는 뼈가 골충진제의 표면에 존재하는 요철에 밀착하여 성장하게 되므로 골 부착 면적의 증가뿐만 아니라 이를 포함한 뼈의 기계적 물성의 증가도 동시에 기대할 수 있다. 통상적인 골충진제의 크기는 대략 500 ∼ 1000 ㎛ 범위이고, 골 부착 면적의 증가를 위하여 과립의 표면에 도입되는 요철의 최적 크기는 대략 100 ∼ 400 ㎛의 반원형인 것이 바람직하다.

상기 표면 요철형 과립형태의 골충진제은 다공성 성형체를 제조한 후, 분쇄 및 체가름을 통하여 과립의 크기를 제어하는 과정에서 다공성 성형체의 내ㆍ외부에 존재하던 기공이 과립의 표면에 노출되면서 표면요철이 발현되도록 하는 것이다. 이 때 표면 요철형 과립형태의 골충진제의 제조과정에서 사용되는 다공성 성형체에 의해서 폐기공형 또는 개기공형으로 분류된다.

개기공형 과립을 제조하는 가장 대표적인 방법은 다공성 고분자 스펀지를 이용한 레플리카 법이 공지[미국특허 제4,371,484호, 미국특허 제4,889,833호]되어 있다. 보다 상세하게는, 상기 방법은 다공성 스펀지를 생체활성 세라믹스 슬러리 내에 함침하여 스펀지 골격 위에 슬러리를 도포시키고, 상기 슬러리를 건조 하고 탈지시킨 후 소결(燒結)하는 과정에서 스펀지를 태워 다공체를 형성하고, 상기 다공체를 분쇄 후 체가름하여 적정 크기의 개기공형 과립을 제조하는 것이다. 이 때 다공성 스펀지 골격에 의해 연속 기공이 형성되는데, 사용된 다공성 스펀지 골격의 구멍 크기에 따라 생성되는 연속 기공의 크기를 제어할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 상기 개기공형 과립형태의 골충진제는 폐기공형 과립에 비하여 매우 낮은 강도로 인하여 원하는 강도의 과립을 얻기 위해서는 수 차례에 걸쳐 슬러리를 함침하고 탈지하는 공정을 반복해야 하는 번거로움에 의해 대량생산에 부적합하여 제조단가가 상승되는 단점이 있다. 또한, 분쇄 후 생성된 과립의 표면이 매우 날카로워서 골세포의 부착에도 부적절하다. 따라서, 최근 골충진제로서는 폐기공형 다공체를 제조한 후 이를 분쇄하여 과립의 표면에 요철을 부여하는 방법이 선호된다.

다공성 스폰지를 이용한 레플리카법 이외에도, 표면요철을 과립의 표면 또는 내부에 도입하기 위하여 사용되는 방법은 단순 소결법, 기상임시제법, 고상임시제법 등이 있다.

상기 단순소결법은 공정의 특성상 10 ㎛ 이상의 요철을 제조하는 것이 불가능하다.

상기 기상임시제(gas template)법은 공기 또는 기체발생 원인물질을 고농도 슬러리에 도입하여 소결 시 이들이 휘발하고 남은 자리가 기공으로 남게 하는 방법으로서, 버블링법 또는 발포제법이 있다.

버블링법[미국특허 제5,171,720호]은 점도가 높은 세라믹 슬러리를 만든 후 공기를 불어넣어 공기 방울이 슬러리 내에 갇히게 하는 방법이다. 상기 방법은 슬러리와 버블과의 밀도차에 의해 균일한 크기의 버블을 슬러리 내에 고르게 분산하여 포획하기가 극히 어려운 단점이 있다.

발포제법[일본특허 특개평 제7-23994호]은 원료물질을 슬러리화 하는 과정에서, 전이금속 (transition metal) 분말을 첨가했을 때 산ㆍ알칼리반응에 의해 생성된 기체를 이용하거나 액화기체를 사용하여 기공을 도입하는 방법이다. 상기 방법의 단점은 금속분말을 사용하여 기공을 도입할 경우 상온에서도 취급이 가능하지만, 미반응 잔존물이 체내에서 용해될 경우 안전성에 심각한 문제를 야기할 가능성이 높다. 또한, 프레온 가스 등의 액화기체를 사용할 경우도 이들 대부분이 환경오염물질이고 낮은 액화온도로 인하여 슬러리의 취급온도를 역시 낮춰야 하기 때문에 공정 단가가 높아지게 된다.

또한, 고상임시제(solid template)법은 기공의 크기나 분포 등과 같이 과립에 나타나는 표면요철의 특성이 고상임시제의 특성 즉, 고상임시제의 크기나 분포등에 의존하게 되므로 과립의 표면요철 특성을 만족하기 위해서는 적절한 고상임시제의 선택이 중요하게 된다. 이 경우 기공의 크기 조절을 위하여 고분자 비드를 사용하는 방법이 보고[미국특허 제4,777,153호]된 바 있는데, 이 때 기공 크기를 임의로 조절하기 위하여 주문형인 비드를 사용하여야 하기 때문에 제조 단가가 높아지는 단점이 있다. 또한, 슬러리의 건조 중 고상형 비드가 수축을 하지 않으므로 벌크체 내에 많은 균열을 발생하고 뒤틀림 현상이 유발된다.

상기 고분자 비드 이외에, 열 분해성 고분자 분말을 사용하여 기공을 도입하는 방법도 보고되고 있으나, 원하는 형상의 기공 모양의 제조가 불가능하고, 크기 분포의 제어도 불가능하여 소결 후 기계적 물성이 극히 저조하게 된다. 따라서 현재 제조공정상의 문제점을 해결하기 위하여 새로운 형태의 골충진제 제조방법 개발이 절실하다.

이에, 본 발명자들은 기공도 및 표면 요철성이 제어된 표면 요철형 골충진제를 제조하는 방법에 있어서, 종래의 기상 및 고상임시제를 사용할 경우 발생되는 단점을 개선할 수 있는 방법을 찾고자 노력하던 중, 생체활성 세라믹스와 수용성유기성분 결합제가 혼합된 슬러리와 가연성 액상임시제와 계면활성제가 혼합된 용액을 각각 제조한 후; 상기 두 용액을 혼합 후 충분히 교반하여 균일화된 슬러리를 형성하고 이를 성형, 건조, 탈지, 소결, 분쇄 및 체가름의 연속적인 공정을 통하여 500 ∼ 5,000 ㎛ 크기의 과립에 100 ∼ 300 ㎛ 크기의 표면요철을 용이하게 도입하며, 기공도를 50 ∼ 80% 범위에서 제어할 수 있는 표면요철형 골충진제를 제조하였다. 본 발명은 가연성 액상임시제를 도입함으로써, 기공율, 표면 요철성, 기공의 양 및 크기를 용이하게 조절할 수 있고, 경제성 및 재현성이 우수하여 대량생산에 유리한 골충진제를 제조되었음을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 표면 요철형 골충진제의 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 수산화아파타이트 골충진제의 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과이다.

본 발명은 a) 생체활성 세라믹스와 수용성 유기성분 결합제가 혼합된 슬러리에 b) 가연성 액상임시제와 계면활성제가 혼합된 용액을 첨가하여 표면 요철형 골충진제를 제조하는 방법을 제공한다.

보다 구체적으로,

1) 생체활성 세라믹스와 수용성 유기성분 결합제가 혼합된 슬러리를 제조하는 단계;

2) 가연성 액상임시제에 계면활성제가 첨가된 혼합용액을 제조하는 단계:

3) 상기 단계 1 및 단계 2의 용액을 충분히 교반하여 균일화된 슬러리를 얻는 단계;

4) 상기 슬러리를 성형하고 건조하는 단계;

5) 상기 건조된 슬러리를 탈지하는 단계;

6) 상기 탈지된 슬러리를 소결하여 다공성 성형체를 형성하는 단계; 및

7) 상기 형성된 다공성 성형체를 분쇄후 체가름하는 단계를 포함하는 제조방법을 제공한다.

상기 단계 1의 생체활성 세라믹스는 충진제 물질, 이온교환수, 분산제, 및 소포제로 구성되며, 여기에 수용성 유기성분 결합제를 첨가하여 슬러리를 제조하는 것이다.

상기 단계 1의 충진제 물질이 아파타이트, 수산화아파타이트, 트리칼슘포스페이트(TCP), 칼슘메타포스페이트(CMP), 아몰퍼스칼슘포스페이트(ACP) 또는 이들의 복합 조성물로 구성된 인산칼슘계 화합물에서 선택되는 것이고, 바람직하게는 수산화아파타이트를 사용하는 것이다.

또한, 바이오글래스, 바이오글래스세라믹스 등의 바이오글래스계를 사용하는 것이다.

단계 1의 분산제는 상기 충진제 물질 중 아파타이트의 분산목적으로 사용되며, 그의 일례로는 폴리아크릴산암모늄염, 폴리메틸아크릴산암모늄염, 폴리아크릴산아민염, 폴리메틸아크릴산아민염, 나프탈렌술폰산암모늄염 및 이들의 혼합물로 구성되는 고분자 전해질을 사용하는 것이다. 이때 첨가되는 바람직한 분산제의 양은 충진제 물질에 대하여 0.1 ∼ 5 중량% 이고, 더욱 바람직한 양은 0.1 ∼ 0.5 중량%이다.

상기 단계 1의 생체활성 세라믹스 슬러리는 전체 구성원에 50 ∼ 90 중량%의 고농도 용액으로 제조되는 것이며, 바람직하게는 70 ∼ 90 중량%의 농도로 제조하는 것이다.

이외에도, 유기성분 결합제(PVA 및 수용성 고분자 바인더) 및 슬러리의 기포를 제거할 목적으로 소포제(SN 483; 산노프코사)를 사용하였으며 소포제의 양은 충진제 물질에 대하여 0.05 ∼ 0.5 중량%이며, 바람직하게는 0.1 ∼ 0.2 중량%의 양을 사용하는 것이다.

단계 2의 액상임시제(liquid template)는 열분해성이 우수한 오일류를 포함하는 소수성(hydrophobic)의 액체상이면 모두 사용 가능하다. 바람직하게는 캐스터 오일(caster oil), 캐스터오일 유도체, 파라핀 오일, 파라핀 오일 유도체 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택하여 사용한다.

또한, 상기 액상임시제는 혼합될 충진제 물질에 대하여, 5 ∼ 200 중량% 첨가하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20 ∼ 150 중량% 사용하는 것이다. 이때, 액상임시제의 양을 5 중량% 이하로 하면 기공율이 현저히 저하되는 문제점이있고, 200 중량% 이상일 때에는 다공체의 강도가 열하되는 문제점이 발생한다.

상기 액상임시제에 첨가된 계면활성제는 폴리에틸렌알킬페놀에테르류[분자식; R-B-O-EnH, 여기서, R; C₈∼ C₉의 알킬기, B; 벤젠, E; 에틸렌수(n)가 2 ∼ 70 개인 폴리에틸렌, O; 산소, 및 H; 수소인 것이다], 폴리옥시에틸렌알킬에테르류, 폴리에틸렌 글리콜 패티애시드에스테르류, 폴리(옥시프로필렌, 옥시에틸렌)공중합체류, 폴리옥시에틸렌알킬아민에테르류 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것이다.

이때, 계면활성제는 액상임시제에 대하여 0.01 ∼ 10 중량% 첨가하는 것이고, 바람직하게는 1 ∼ 5 중량% 첨가하는 것이다.

유기성분 결합제는 고농도의 생체활성 세라믹스 슬러리에 첨가되는 것이며, 액상임시제와 혼합 후 이의 고정을 위하여 사용되는데 상기 유기성분 결합제의 일례로는 하이드록시에틸 셀룰로우즈, 하이드록시프로필 셀룰로우즈, 카복시메틸셀룰로우즈, 구아검, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴래이트, 폴리비닐피로리돈, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리메틸스타이렌 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되며, 이들은 물에 용해 가능한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기의 유기성분 결합제의 양이 충진제 물질에 대하여 1 ∼ 10 중량% 첨가하는 것이고, 더욱 바람직하게는 3 ∼ 5 중량%를 첨가하는 것이다.

상기의 액상임시제는 슬러리 내에 균일하게 분산되어 존재하므로 소결 후 이를 통하여 20 ∼ 80% 범위의 기공도에서 500 ∼ 5,000 ㎛ 크기의 과립에 100 ∼ 300 ㎛ 크기의 표면요철을 용이하게 제어할 수 있는 골충진제를 얻을 수 있었다. 따라서 상기 액상임시제의 양을 조절함으로써, 과립의 기공도를 제어할 수 있으며, 액상임시제는 소수성의 모든 액체가 사용 가능하므로 매우 경제적이고, 슬러리의 특성이 고정되면 표면요철 도입시의 매우 우수한 재현성을 보인다.

상기 단계 3은 단계 1의 고농도의 생체활성 세라믹스와 수용성의 유기성분 결합제가 혼합된 슬러리에 단계 2의 가연성 액상임시제와 계면활성제가 혼합된 용액을 첨가한 후 충분히 교반하여 균일화된 슬러리를 얻는 단계로써, 이때 교반 속도에 의해 과립 표면에 생성되는 요철의 크기를 제어할 수 있다. 바람직한 교반 속도는 75 ∼ 600 rpm이고, 더욱 바람직하게는 100 ∼ 150 rpm로 수행하는 것이다.

상기 단계에서 얻은 슬러리를 성형한 후 건조하는 단계는 표면에 균열이 생기지 않도록 상온에서 서서히 건조하는 것이다.

또한, 본 발명에서 "탈지(脫脂)"라 함은 상기 건조된 슬러리를 400 ∼ 600℃의 로(爐)상에서 일정시간동안 유지시켜 유기물 성분을 제거하는 단계를 말한다. 바람직하게는 500 ∼ 700℃에서 수행하는 것이며, 상기 온도에 따라 시간은 달라질 수 있으나 통상적으로 1 ∼ 3 시간동안 진행한다.

연속적인 제조공정으로써, 상기 탈지된 슬러리를 더욱 가온하여 900 ∼ 1300℃에서 소결하는 것이며, 상기 온도에 따라 시간은 달라질 수 있으며, 통상적으로 2 ∼ 5 시간동안 수행한다. 더욱 바람직하게는 1100 ∼ 1300℃에서 3 시간동안 수행되어 다공성 성형체를 형성하는 것이다.

마지막 단계로서, 상기 소결된 다공성의 성형체를 분쇄 후 체가름하여 골충진제 크기가 500 ∼ 5,000 ㎛인 표면 요철형 골충진제를 제조하는 것이다.

본 발명의 제조방법은 열분해성이 좋은 소수성의 모든 액체상이면 사용가능하여, 경제적이며 이를 혼합한 슬러리를 성형, 건조, 탈지, 소결, 분쇄 및 체가름의 비교적 간단한 방법을 채택하고 있으므로 높은 신뢰성을 갖는 제품을 대량생산에 이용할 수 있다.

본 발명은 골충진제의 다공도가 50 ∼ 80 %이며, 골충진제의 표면 요철크기가 100 ∼ 300 ㎛이고, 골충진제의 크기가 500 ∼ 5,000 ㎛로 원하는 조건의 기공크기 및 기공도가 용이하게 제어된 표면 요철형 골충진제를 제공한다.

본 발명의 표면 요철형 골충진제는 적절한 크기의 표면요철을 도입함으로써, 단순한 과립형태의 골충진제에 비해 골 부착면적이 증가되고, 새로 생성된 골 조직이 본 골충진제의 다공질체 내 또는 표면에 용이하게 성장하여 생성된 뼈와 다공질체가 강하게 결합할 수 있으며, 완전 개기공형인 골충진제에 비해 기계적 강도가 향상된 것이 특징이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 내용이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 수산화아파타이트를 이용한 골충진제의 제조 1

수산화아파타이트(hydroxyapatite)는 공지된 침전법을 이용하여 자체적으로 합성하였으며, 합성된 수산화아파타이트를 어트리터밀에서 평균 입자 크기가 약 1.0 ㎛인 분말로 분쇄하였다. 상기 수산화아파타이트 514.5 g(100 중량%), 이온교환수 92.6 g(18 중량%), 유기성분 결합제 10.29 g(2 중량%), 분산제 1.54 g(0.3 중량%), 및 소포제 1.03 g(0.2 중량%)로 구성한 고농도의 수산화아파타이트 슬러리를 제조하였다. 상기 제조된 슬러리와 약 5 mm 크기의 알루미나 볼 1.5 kg를 분쇄매체를 볼 밀(직경이 약 9 cm이고 용적이 1 ℓ인 고밀도 폴리에틸렌 재질의 포트)에 충전한 후, 약 60 rpm의 회전수로 약 3 시간 밀링하였다.

상기 고농도 수산화아파타이트 슬러리에 대하여 분말기준으로, 액상임시제[계면활성제(Triton X-100)가 액상임시제에 대하여 1 ∼ 5 중량% 혼합된 캐스터 오일] 102.9 g(20 중량%)를 첨가한 후, 150 rpm의 임펠러 속도로 약 10 분 동안 교반하여 혼합하였다. 상기 혼합물을 플라스틱 용기를 이용하여 원 기둥 형태로 제조한 후 실온에서 건조하여 성형체를 만들었으며 이를 머플 로(爐)를 사용하여 600℃, 2 시간에 걸쳐 탈지과정을 거친 후 1300℃에서 3 시간 소결(燒結)하여 약 60%의 기공율을 갖는 다공성 수산화아파타이트를 얻었다. 상기 제조된 다공성 수산화아파타이트를 분쇄한 후 체가름 하여 500 ∼ 3,000 ㎛ 크기의 표면 요철형 수산화아파타이트 과립 형태의 골충진제를 제조하였다.

<실시예 2 ∼ 9>수산화아파타이트를 이용한골충진제의 제조 2 ∼ 9

상기 액상임시제의 양 및 상기 액상임시제의 혼합과정에서의 교반 속도를 변화시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 하기표 1에 제시한 수산화아파타이트 과립 형태의 골충진제 2 ∼ 9를 제조하였다.

수산화아파타이트 골충진제의 제조를 위한 액상임시제의 양 및 교반속도 변화

실시예	액상임시제의 양(중량%)	교반속도(rpm)
실시예 1	20	150
실시예 2	40
실시예 3	60
실시예 4	80
실시예 5	100
실시예 6	150
실시예 7	60	75
실시예 8		300
실시예 9		600
비교예 1	에틸셀룰로우즈 분말:60중량%	가압성형(50 MPa)

<실시예 10> 바이오글래스를 이용한 골충진제 제조

충진제 물질로서 시판중인 바이오글래스 (bioglass^?)를 사용하여 어트리터밀로 평균 입자 크기가 약 1.0 ㎛인 분말로 분쇄하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 과립형태의 바이오글래스 골충진제를 제조하였다.

<비교예 1> 수산화아파타이트를 이용한 골충진제의 제조

수산화아파타이트 분말을 마노 유발을 사용하여 1.0 ㎛ 전후로 분쇄한 후, 표면요철 도입을 위하여 60 중량%의 에틸셀룰로오즈 폴리머 분말을 60 중량% 첨가하여 마노 유발에서 건식 교반하고 50 MPa의 압력으로 가압성형 한 후 머플 로에서 1300℃에서 3 시간동안 소결하였다.

본 발명의 제조방법을 이용하여 제조된 표면 요철형 수산화아파타이트 과립 형태의 골충진제의 특성을 하기와 같이 실험하였다.

<실험예 1> 기계적 물성, 기공율 및 표면 요철성 측정

상기 실시예에서 제조된 표면 요철형 수산화아파타이트 과립 형태의 골충진제의 압축강도, 탄성률 등의 기계적 물성, 기공도 및 표면 요철성을 평가하기 위하여 다음과 같은 방법으로 측정하였다.

압축강도 및 탄성률은 인스트론을 사용하여 측정하였고, 상기 표면 요철성은 20 kV 가속전압 하에서 전자현미경으로 관측하여 하기표 2에 나타내었다.

표면 요철형 수산화아파타이트 과립 형태의 골충진제의 특성

실시예	압축강도(MPa)	탄성률(GPa)	기공도(%)	표면요철크기(㎛)
실시예 1	42.7 ±5	4.3	51 ±3	100 ∼ 150
실시예 2	42.8	4.1	52	100 ∼ 150
실시예 3	33.8	3.4	62	100 ∼ 150
실시예 4	16.8	1.2	66	100 ∼ 150
실시예 5	12.4	0.4	71	100 ∼ 150
실시예 6	10.0	0.3	82	100 ∼ 150
실시예 7	30.8	3.6	62	200 ∼ 300
실시예 8	34.8	4.8	59	75 ∼ 100
실시예 9	31.5	1.1	60	20 ∼ 40
실시예 10	38	3.7	53	100 ∼ 150
비교예 1	측정불가	측정불가	51	1 ~ 1000

상기의 결과로부터, 본 발명의 표면 요철형 수산화아파타이트 과립 형태의 골충진제는 최고 42 MPa, 최저 10 MPa로서 전체적으로 높은 강도치를 나타내었으며 첨가된 액상임시제의 양에 반비례하는 결과를 보였다.

기공도는 제조과정에서 액상임시제의 양에 비례하는 경향을 나타내었으며, 약 50% ∼ 80%의 기공도 범위로 제조되었다. 또한 상기 기공도가 높을수록 강도는 거의 직선적으로 감소하는 결과를 보였다. 보다 상세하게는 약 50%의 기공도를 갖는 골충진제의 압축강도는 약 40 MPa이고, 약 80%의 기공도를 가질 경우는 약 10 MP의 압축강도 값을 보였다.

또한, 과립 형태의 수산화아파타이트 골충진제의 표면요철의 크기는 대체로 슬러리와 액상임시제의 혼합 시 교반 속도에 관계하며, 교반 속도가 높을수록 슬러리 중의 액상임시제에 부과되는 전단력도 높아지게 되고 따라서 액상임시제의 크기가 감소하여 표면에 생성되는 요철 크기도 작아지게 된다. 실험결과 표면에 생성되는 요철의 크기는 약 100 ∼ 300 ㎛ 범위에서 제어 가능하였다.

반면에, 비교예 1에서 제조한 수산화아파타이트 골충진제의 경우, 기공도는 본 발명의 실시예 1과 유사한 값을 보였으나 표면 요철의 모양이 일정하지 않고 따라서 그 크기 분포도 매우 넓은 약 1 ㎛ ∼ 1,000 ㎛ 범위를 보였으며 압축강도는 측정이 불가능할 정도로 낮았다.

또한, 상기 실시예 1의 골 충진제의 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과 반원형 형태의 표면 요철 모양을 관찰하였다(도 1).

따라서, 본 발명에서 제조한 수산화아파타이트 골충진제는, 비교예 1보다 우수한 표면요철의 분산도를 보였으며, 반원형 모양의 표면요철의 크기 및 기공도의 제어가 매우 용이하였고, 전반적으로 높은 강도를 나타내는 매우 우수한 특성을 나타내었다.

결과적으로, 본 발명은 제조과정에 사용되는 액상임시제의 사용량 및 상기 액상임시제의 혼합과정에서의 교반 속도를 적절히 변화시킴으로써, 500 ∼ 5,000 ㎛ 크기의 과립에 100 ∼ 300 ㎛ 크기의 표면요철을 용이하게 도입할 수 있고, 기공도 50 ∼ 80% 범위 내에서 압축강도를 10 ∼ 45 MPa, 탄성률 0.3 ∼ 5 GPa의 범위에서 제어가 용이한 표면요철형의 골충진제 제조하였다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 a) 생체활성 세라믹스와 수용성 유기성분 결합제가 혼합된 슬러리에 b) 가연성 액상임시제와 계면활성제가 혼합된 용액을 첨가하여 표면요철형의 골충진제를 제조하였다. 본 발명에 따른 골충진제는 500 ∼ 5,000 ㎛ 크기의 과립에 100 ∼ 300 ㎛ 크기의 표면요철을 용이하게 도입할 수 있으며, 그 기공도를 50 ∼ 80% 범위에서 임의로 제어할 수 있고 가연성 액상임시제를 도입함으로써 원하는 조건의 기공크기 및 기공도를 용이하게 제어할 수 있다. 상기 액상임시제로 열 분해성이 좋은 소수성의 모든 액체상을 사용할 수 있으므로 매우 경제적이고, 슬러리의 특성이 고정되면 표면요철 도입 시의 재현성이 우수하여 대량생산에 적합하고, 기계적인 강도 또한 뛰어나 종래의 골충진제를 대체할 수 있다.

Claims (18)

1. a) 생체활성 세라믹스와 수용성 유기성분 결합제가 혼합된 슬러리에 b) 가연성 액상임시제와 계면활성제가 혼합된 용액을 첨가하여 요철을 도입하는 것을 특징으로 하는 표면 요철형 골충진제 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제조방법이

   1) 생체활성 세라믹스와 수용성 유기성분 결합제가 혼합된 슬러리를 제조하는 단계;

   2) 가연성 액상임시제에 계면활성제가 첨가된 혼합용액을 제조하는 단계:

   3) 상기 단계 1 및 단계 2의 용액을 충분히 교반하여 균일화된 슬러리를 얻는 단계;

   4) 상기 슬러리를 성형하고 건조하는 단계;

   5) 상기 건조된 슬러리를 탈지하는 단계;

   6) 상기 탈지된 슬러리를 소결하여 다공성 성형체를 형성하는 단계; 및

   7) 상기 형성된 다공성 성형체를 분쇄후 체가름하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 단계 1의 생체활성 세라믹스가 충진제 물질, 이온교환수, 분산제, 및 소포제로 구성된 것을 특징으로 하는 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 충진제 물질이 인산칼슘계 화합물 및 바이오글래스계인 것을 특징으로 하는 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 인산칼슘계 화합물이 아파타이트, 수산화아파타이트, 트리칼슘포스페이트(TCP), 칼슘메타포스페이트(CMP), 아몰퍼스칼슘포스페이트(ACP) 또는 이들의 복합 조성물로 구성된 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 제조방법.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 바이오글래스계가 바이오글래스 또는 바이오글래스 세라믹스에서 선택된 것을 특징으로 하는 제조방법.
7. 제 3 항에 있어서, 상기 분산제가 폴리아크릴산암모늄염, 폴리메틸아크릴산암모늄염, 폴리아크릴산아민염, 폴리메틸아크릴산아민염, 나프탈렌술폰산암모늄염및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 제조방법.
8. 제 3 항에 있어서, 상기 분산제의 양이 0.1 ∼ 5 중량% 첨가된 것을 특징으로 하는 제조방법.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 액상임시제가 캐스터 오일, 캐스터오일 유도체, 파라핀 오일, 파라핀 오일 유도체 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 액상임시제가 골충진제 분말에 대하여 5 ∼ 200 중량% 첨가된 것을 특징으로 하는 제조방법.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 액상임시제에 첨가된 계면활성제가 폴리에틸렌알킬페놀에테르류[분자식; R-B-O-EnH, 여기서, R; C₈∼ C₉의 알킬기, B; 벤젠, E; 에틸렌수(n)가 2 ~ 70 개인 폴리에틸렌, O; 산소, 및 H; 수소이다], 폴리옥시에틸렌알킬에테르류, 폴리에틸렌 글리콜 패티애시드에스테르류, 폴리(옥시프로필렌, 옥시에틸렌)공중합체류, 폴리옥시에틸렌알킬아민에테르류 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 제조방법.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 계면활성제가 액상임시제에 대하여 0.01 ∼ 10 중량% 첨가된 것을 특징으로 하는 제조방법.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 유기성분 결합제가 하이드록시에틸 셀룰로우즈, 하이드록시프로필 셀룰로우즈, 카복시메틸셀룰로우즈, 구아검, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴래이트, 폴리비닐피로리돈, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리메틸스타이렌 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택된 수용 가능한 것을 특징으로 하는 제조방법.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 유기성분 결합제의 양이 액상임시제에 대하여 1 ∼ 10 중량% 첨가된 것을 특징으로 하는 제조방법.
15. 제 1 항의 제조방법으로 골충진제의 다공도 및 표면요철 크기가 제어된 것을 특징으로 하는 표면 요철형 골충진제.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 골충진제의 다공도가 50 ∼ 80 %인 것을 특징으로 하는 표면 요철형 골충진제.
17. 제 15 항에 있어서, 상기 골충진제의 표면 요철크기가 100 ∼ 300 ㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 표면 요철형 골충진제.
18. 제 15 항에 있어서, 상기 골충진제의 크기가 500 ∼ 5,000 ㎛인 것을 특징으로 하는 표면 요철형 골충진제.