KR20040008315A

KR20040008315A - 항균용 미립 수산화 아파타이트의 제조방법

Info

Publication number: KR20040008315A
Application number: KR1020020041931A
Authority: KR
Inventors: 오경식; 김경자; 정영근; 정수철
Original assignee: 요업기술원
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2004-01-31

Abstract

본 발명은 항균용 100 나노미터급의 미립 수산화 아파타이트의 제조방법에 관한 것으로서, 칼슘염과 인산염을 사용하여 침전법으로 수산화 아파타이트를 제조하는 방법에 있어서 교반속도 및 혼합속도를 조절하여 수산화 아파타이트 생성시 균일 핵생성에 의해 입자를 미립화시켜 항균제의 담체로 사용시 항균특성을 향상시킬 수 있는 수산화 아파타이트의 제조방법에 관한 것이다.

Description

항균용 미립 수산화 아파타이트의 제조방법{A method for the preparation of nano-hydroxyapatite for antibacteria}

본 발명은 항균용인 100 nm급 수산화 아파타이트의 제조방법에 관한 것으로서, 칼슘염과 인산염을 사용하여 침전법으로 수산화 아파타이트를 제조하는 방법에 있어서 교반속도 및 혼합 속도를 조절하여 수산화 아파타이트 생성시 균일 핵생성에 의해 입자를 미립화시켜 항균제의 담체로 사용시 항균특성을 향상시킬 수 있는 수산화 아파타이트의 제조방법에 관한 것이다.

항균 효과를 나타내는 은 이온 등 전이금속 이온들을 생체에 직접 응용하려면 이온상태로 적용하여야 한다. 상기와 같이 이온상태로 있도록 하려면 수용액이나 이온교환 특성이 있는 담체에 보관하여야 하는데, 특히 이온 교환성 담체를 사용할 경우 고체 상태의 재료에도 항균 특성을 내재화할 수 있는 길이 열리므로 항균 재료의 사용범위를 크게 넓힐 수 있을 것이다. 상기 이온 교환성 담체로는 이온 교환 특성이 있는 인산 지르코늄, 제올라이트, 수산화 아파타이트 등이 좋은 특성을 가진 것으로 알려져 있다. 이들 재료는 세라믹스 특유의 내열성, 내산화성이 있어 유기 재료내에서 안정한데, 이와 같은 특성은 기존의 화합물계에서는 찾아볼 수 없는 것이므로 항균 재료로서의 새로운 응용분야를 개척할 수 있는 가능성이 있다.

상기 무기계 항균제의 담체로서 사용되는 수산화 아파타이트(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)는 척추 동물의 뼈나 치아의 주성분으로 우수한 생체 친화성을 가지는 것으로 다음과 같은 방법으로 제조되고 있다.

현재 알려져 있는 수산화 아파타이트의 제조방법으로는 공기중 또는 수증기 분위기의 1000 ℃ 정도의 고온에서 칼슘염과 인산염을 반응시키는 고상반응법, 오토클레이브를 사용하여 고온, 고압으로 장시간 반응시키는 수열법, 그리고 수용성 인산염과 칼슘염을 수용액중에서 반응시키는 침전법 등의 습식법이 있다. 이러한 방법들 중에서 고상반응법은 조성의 제어는 용이하지만 균일성이나 소결체 특성면에서는 결점이 많은 방법이다. 수열법은 결정성이 뛰어난 소결체가 얻어지지만, 미세한 입자를 얻는 것은 곤란하다. 침전법은 제조과정이 간단하고 치밀한소결체를 제조하기 위한 입자크기 등의 분말 특성이 우수하여 상기 방법들 중에서 가장 많이 사용되고 있으나, 무기 항균제의 담체로 사용하기 위해서는 수산화 아파타이트의 미립화가 더욱 필요한 실정이다.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 칼슘염과 인산염을 사용하여 침전법으로 수산화 아파타이트를 제조하는 방법에 있어서 교반속도 및 혼합속도를 조절하면 수산화 아파타이트 입자 생성시 균일 핵생성에 의해 입자크기가 더욱 미립화 됨을 알게되어 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 항균제의 담체로 사용시 항균특성을 향상시킬 수 있도록 미립화된 수산화 아파타이트의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1 ∼ 2 및 비교예 1에 따른 수산화 아파타이트의 입자크기를 주사전자현미경으로 측정한 것이다.

도 2는 인산용액의 혼합속도에 따른 수산화 아파타이트의 입자크기를 주사전자현미경으로 측정한 것이다.

본 발명은 칼슘염과 인산염을 사용하여 침전법으로 수산화 아파타이트를 제조하는 방법에 있어서, 칼슘염과 인산염 용액을 제조하여 70 ∼ 90 ℃로 유지하면서 칼슘염 용액을 500 ∼ 1000 rpm의 속도로 교반하면서 인산염 용액을 100 ml/초 ∼ 500 ml/초의 속도로 혼합하여 반응물로부터 수산화 아파타이트를 얻는 제조방법을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 수산화 아파타이트의 제조방법은 다음과 같은 침전법을 사용하여 제조된다.

먼저, 칼슘염을 물에 용해시켜 칼슘 용액을 제조하는 단계; 인산염을 물에 용해시켜 인산염 용액을 제조하는 단계; 상기 인산염 용액과 칼슘 용액을 pH가 10∼12가 되도록 암모니아수를 첨가하는 단계; 상기 칼슘 용액을 70 ∼ 90 ℃에서 500 ∼ 1000 rpm의 속도로 교반하면서 인산염 용액을 100 ml/초 ∼ 500 ml/초의 속도로 혼합하여 반응을 일으키는 단계; 생성된 침전물을 여과하여 증류수로 세척한 후 건조하여 수산화 아파타이트를 얻는 단계로 이루어져 있다.

이때, 상기 칼슘염으로는 질산칼슘(Ca(NO₃)₂·4H₂O)이 바람직하며, 인산염으로는 인산수소암모늄((NH₄)₂HPO₄)을 사용하는 것이 좋다. 그리고, Ca:P의 조성비가 10:6이 되도록 인산염을 첨가한다.

특히, 본 발명은 상기 반응 혼합물을 70 ∼ 90 ℃에서 혼합시에 칼슘 용액을 500 ∼ 1000 rpm의 속도로 교반하면서 인산 용액의 혼합을 100 ml/초 ∼500 ml/초로 급격히 하는 단계에 그 특징이 있다.

교반속도를 상기와 같은 범위로 하는 이유는 교반속도에 따라 핵생성 빈도가 변화하여 입자크기가 변화하기 때문이다. 즉, 칼슘염과 인산염은 물에 큰 용해도를 갖지만 혼합 후 반응 혼합물인 수산화 아파타이트는 용해도가 작으므로 큰 석출 구동력을 갖는다. 일반적으로 석출과정은 균일 핵생성(homogeneous nucleation) 또는 불균일 핵생성(heterogeneous nucleation)으로 진행된다. 균일 핵생성이란 용액 중에서 핵이 생성되어 성장하는 과정을 의미하는 반면 불균일핵생성이란 용기의 벽면이나 기존에 침전된 분말 등에 석출이 일어나는 것으로 불균일 핵생성시의 임계 자유 에너지는 균일 핵생성시의 임계 자유 에너지보다 항상 작은 값을 갖는다. 이는 균일 핵생성시의 핵생성 빈도가 불균일 핵생성때 보다 낮음을 의미한다. 따라서, 본 발명은 교반속도를 상기와 같은 범위로 함으로써 균일 핵생성을 통해 입자의 미립화를 유도하는데 그 특징이 있다. 또한, 교반속도는 반응 혼합물의 균질화를 조절하는 주요 변수이므로, 상기 범위의 속도에서 반응 혼합물이 균질하게 혼합하여 용액의 전체에서 동시 다발적인 핵생성이 진행되어 입자의 미립화를 유도한다. 만일 교반속도가 500 rpm 미만이면 균질화가 진행될 때까지 원소들이 침전물의 혼합비로 섞여 있는 부분에서만 침전이 이루어질 수 있고 균질화가 진행됨에 따라 이미 생성된 분말의 표면에 불균일 핵생성을 통해 수산화 아파타이트 입자가 석출되므로 입자의 크기가 조대해지며, 1000 rpm을 초과하면 용액의 과도한 비산으로 Ca와 P의 비율이 화학당량비를 벗어나는 한 문제가 있다.

수산화 아파타이트 입자의 미립화를 위한 또 다른 조건으로 혼합 속도를 100 ml/초 ∼500 ml/초로 급격히 하는 이유는 혼합속도를 서서히 할 경우 석출 구동력이 작아져 보다 큰 석출 구동력을 요구하는 균일 핵생성이 일어날 수 없고 불균일 핵생성이 용기 벽면, 이미 석출한 분말 등에 일어나므로 교반 속도를 증가시켜도 핵생성 빈도를 증가시킬 수 없기 때문이다.

상기와 같은 단계를 거쳐 생성된 본 발명에 따른 수산화 아파타이트는 길이방향의 입자크기가 40 ∼ 400 nm로 미립화 되어 무기항균제의 담체로 유용하게 사용할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ∼ 2

Ca(NO₃)₂·4H₂O와 (NH₄)₂HPO₄의 0.5M 수용액을 각각 제조한 후, Ca:P의 조성비가 10:6이 되도록 혼합하였다. 여기에 암모니아수를 첨가하여 pH가 10이 되도록 하였으며, 상기 반응 혼합물을 80 ℃로 승온한 후 700 rpm(실시예 1), 1000 rpm(실시예 2)로 교반하며 6시간동안 숙성시켰다. 반응이 끝난 후, 침전된 생성물은 감암여과 하였으며, 증류수로 pH 9 이하가 되도록 세척하였다. 세척된 수산화 아파타이트는 동결건조하여 최종 수산화 아파타이트를 얻었다.

비교예 1

교반속도를 100 rpm으로 한 것 이외에 상기 실시예 1과 같은 방법으로 수산화 아파타이트를 얻었다.

시험예 1

상기 실시예 1 ∼ 2 및 비교예 1에 의해 제조된 수산화 아파타이트의 입자크기를 확인하기 위하여 투과전자현미경(TEM)을 이용하여 측정하였으며, 그 결과를 다음 도 1에 나타내었다.

도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1(두께 100 nm, 길이 300 nm)과 실시예 2(두께 100 nm, 길이 200 nm)는 입자가 비교예 1(두께 100 nm, 길이 500 nm) 보다 미립화 되어 있음을 확인할 수 있었다.

시험예 2

혼합 속도에 따른 수산화 아파타이트 입자크기를 확인하기 위하여 상기 실시예 1의 수산화 아파타이트 제조시 교반 속도를 1000 rpm인 경우를 취하여 투과 전자현미경으로 측정하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다.

상기 중 혼합 속도가 100 ml/초인 경우에 얻어진 두께 100 nm, 길이 200 nm의 수산화 아파타이트 입자는 혼합 속도가 1 ml/초인 경우 얻은 두께 100 nm, 길이 500 nm이상의 입자에 비해 미립화할 수 있음을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 수산화 아파타이트는 혼합시 교반속도와 원료 용액의 혼합속도를 조절함으로써 수산화 아파타이트 입자를 미립화 시켜 항균제의 담체로 유용하게 사용할 수 있다.

Claims

칼슘염과 인산염을 사용하여 침전법으로 수산화 아파타이트를 제조하는 방법에 있어서, 반응 혼합물을 70 ∼ 90 ℃에서 500 ∼ 1000 rpm의 속도로 교반하면서 100 ml/초 ∼ 500 ml/초의 속도로 혼합하여 얻는 것임을 특징으로 하는 수산화 아파타이트의 제조방법.