KR20080026468A

KR20080026468A - 생활성 유리 조성물

Info

Publication number: KR20080026468A
Application number: KR1020070049735A
Authority: KR
Inventors: 로레다나 무아마스; 에이자 피르호넨
Original assignee: 이니온 오위
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2008-03-25
Also published as: US20080066495A1; AU2007202221B2; EP1903012A1; TW200815058A; BRPI0702179A2; ATE452863T1; EP1903012B1; JP2008074698A; KR101045013B1; TWI414325B; ES2338694T3; AU2007202221A1; DE602006011323D1; US8093166B2

Abstract

생활성 유리 조성물, 그 방법 및 임플란트가 제공된다. 상기 유리 조성물은 SiO₂, Na₂O, K₂O, CaO 및 P₂O₅를 포함하고, SiO₂ 48-52wt%, Na₂O 9-15wt%, K₂O 12-18wt%, CaO 10-16wt%, P₂O₅ 1-7wt%, TiO₂ 0.2-2wt%, B₂O₃ 0-4wt%, 및 MgO 0-6wt% 의 조성을 가지며, 여기서 Na₂O + K₂O> 25wt%, MgO + CaO > 14wt% 그리고, B₂O₃/P₂O₅ > 0.3이다.

생활성 유리 섬유, 다공성 스캐폴드, 생체적합성 중합체, 임플란트

Description

생활성 유리 조성물{BIOACTIVE GLASS COMPOSITION}

도 1은 본 발명에 따른 생활성 유리 조성물의 라만 스펙트럼(Raman spectra)을 나타낸다.

도 2는 종래 기술의 생활성 유리 조성물의 라만 스펙트럼을 나타낸다.

본 발명은 SiO₂, Na₂O, K₂O, CaO 및 P₂O₅를 함유하는 생활성 유리 조성물에 관한 것이다.

본 명세서에서, 생활성 물질은 생체 조직 내에서 특정 생물학적 작용을 유도하도록 설계된 물질을 지칭한다. 생활성 유리는 생물 활성의 특징을 보이는 임의의 유리를 지칭한다. 생활성 유리는, 원래는 점착성이 아니지만 시뮬레이션된 체액 또는 트리스히드록시메틸아미노메탄 완충액과 같은 적절한 생체 내 및 실험실 환경에 노출되었을 때 경성 및 연성 조직 모두에 점착성 결합을 형성하는 능력이 있는 무정형 고체 물질이다. 점착성 결합은 벌크 생유리 물질로부터 이온종을 유리시킴을 통해 생활성 유리 상에 히드록시카보네이트 아파타이트(hydroxycarbonate apatite) 표면층을 발달시킴으로써 얻어진다.

치과 수술뿐만 아니라 외과 및 정형 외과 치료의 분야에서 생활성 유리의 적용이 많이 발견되어져 왔다.

다양한 생활성 유리 조성물이 문헌과 특허에 존재해왔다. 생활성 유리 조성물은 예를 들어, 유럽 특허 1 405 647 및 유럽 특허 출원 1 655 042 와 국제 출원 WO 96/21628, WO 91/17777 및 WO 91/12032 에 설명되었다.

그러나 알려진 생활성 유리 조성물은 제품으로 처리되는 동안, 특히 용융 방사 공정에서 섬유로 처리되는 동안 고유하게 제어하기 어렵다는 공통의 단점을 가진다. 이러한 문제 있는 제어성은, 예를 들어 섬유의 지름이 상당히 들쑥날쑥하거나 정자(crystallite)가 유리로 형성됨을 의미하는데 그것이 섬유의 불균일성 또는 유리의 비유리화(devitrification)를 일으켜서 섬유 제조 공정의 수율을 낮춘다. 섬유 지름의 변동 및 섬유의 불균일성은, 적어도 부분적으로는 처리되는 섬유의 지름에 맞춰 설비 및 공정 파라미터가 고정되어야 하는 후속 공정에 나쁜 영향을 준다. 이러한 공정 및 파라미터들은 소결 공정의 소결 온도를 포함한다. 섬유 지름의 변동은 또한 예컨대 최종 제품의 품질에 영향을 미치는데, 왜냐하면 더 얇은 섬유는 더 두꺼운 섬유와 다른 방식으로 행동하기 때문이다. 구형 입자의 제조 및 코팅도 역시 그 제조 공정에서의 변동 및 불균일한 작용에 의해 영향받는다.

섬유 또는 다른 제품의 물리적인 크기에 덧붙여서 몇몇 화학적 특징도 제어하기 어렵다. 예를 들면, 국소적으로 산화물 농도의 변화가 일어날 수 있고, 그것이 또한 물질의 분해 프로필 및 이온 유리 프로필에 영향을 미친다.

또한, 몇몇 제조 관련 공정은, 예를 들어 도가니 세척 및 섬유 체질은 어렵고 수행하기에 시간이 많이 든다.

알려진 생활성 유리 조성물의 다른 단점은 용융 방사 공정에서의 그것의 수율이 매우 낮다는 것이다.

본 발명의 목적은 상기 단점들을 경감시키기 위한 새로운 생활성 유리 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 생활성 유리 조성물은 아래의 조성에 의해 특징지어진다:

SiO₂ 48-52wt%,

Na₂O 9-15wt%

K₂O 12-18wt%

CaO 12-18wt%

P₂O₅ 0-4wt%,

TiO₂ 0-2wt%,

B₂O₃ 1-4wt%, 및

MgO 0-5wt% 이며, 여기서

Na₂O + K₂O> 25wt%,

MgO + CaO > 14wt% 그리고,

B₂O₃/P₂O₅ > 0.3임.

SiO₂처럼 B₂O₃ 및 P₂O₅ 는 유리 망상조직 형성자로 알려져 있다_· P₂O₅ 는 온도가 결정화를 증가시킴에 따라 유리 물질의 작업 온도 범위에 대해 역효과를 가지지만, 최종 생활성 유리의 생활성에는 긍정적인 효과를 가진다고 알려져 있다. B₂O₃ 는 최종 생활성 유리 물질의 골유착(osteointegration) 특성을 증가시키는 것으로 보여져 왔고, 그것이 제조 공정상의 P₂O₅ 의 역효과를 보상하기 위해 쓰일 수 있는 것으로 발견되었다. 특히, 상기 비율의 B₂O₃/P₂O₅ 를 선택함으로써, 상기 물질의 특성에 대한 양 산화물의 유리한 효과가 극대화된다는 것이 발견되었다.

본 발명은 본 발명자들에 의해 발견된, 청구된 조성 범위를 가지는 유리가 이 범위 바깥의 유리에 비해 제조 공정상에 경이할만한 좋은 성능을 가진다는 놀라운 사실에 기초한다.

본 발명의 장점은 특히 생활성 유리 섬유의 제조에서 좀 더 제어가능한 제조 공정이 얻어진다는 것이다. 이것은 그 유리가 더 만들기 쉽고, 특히, 유리의 균일성이 높아서, 예를 들어 높은 섬유 제조 수율 및 더 나은 섬유 특성을 가진다는 것을 의미한다. 본 발명의 다른 장점은 상기 유리가 유리의 결정화나 그것의 표면이나 부피 특성(bulk property)의 변화없이 반복하여 열처리될 수 있다는 것이다. 본 발명의 또 다른 장점은 섬유가 생산될 때 수율이 향상된다는 것이다. 또한 이러한 특정 조성 범위를 가지는 유리가 사용될 때 도가니(crucible)를 청소하기가 더 쉽다는 것이 관찰되었다.

아래에서, 본 발명이 첨부된 도면을 참고하여 더 자세히 설명될 것이다.

본 발명의 생활성 유리 조성물은 아래의 조성 범위를 가진다:

SiO₂ 48-52wt%,

Na₂O 9-15wt%

K₂O 12-18wt%

CaO 12-18wt%

P₂O₅ 0-4wt%,

TiO₂ 0-2wt%,

B₂O₃ 1-4wt%, 및

MgO 0-5wt% 이며, 여기서

Na₂O + K₂O> 25wt%,

MgO + CaO > 14wt%

그리고, B₂O₃/P₂O₅ > 0.3임.

이하에서 생활성 유리를 "유리"로 약칭한다.

실시예 1

5개의 서로 다른 조성을 가지는 생활성 유리의 15개의 배치(batch)가 제조되 었다(각 조성마다 3개의 배치이다). 계산된 이론적인 출발 조성으로서의 조성이 주어졌다. 제조된 생활성 유리에 쓰인 원료는 SiO₂ 뿐만 아니라, 분석화학 등급의 Na₂CO₃, K₂CO₃, MgO, TiO₂, B₂O₃, CaCO₃, CaHPO₄·2H₂O 이다. 원료를 무게 달고 플라스틱 용기에서 혼합한 후 백금 도가니에서 1360℃에서 3시간 동안 녹였다. 균질한 유리를 얻기 위해서, 형성된 유리는 그 다음 약 1㎤의 조각으로 부수고 1360℃에서 3시간 동안 재가열했다. 이 방법을 통해, 약 230g 중량의 고체 유리 블럭이 만들어졌다. 동일한 제조 방법이 A, B, C, D 및 E의 5개 종류의 생활성 유리 모두를 제조하기 위해 쓰였다. 표 1은 형성된 생활성 유리의 조성을 나타낸다.

본 발명의 조성물을 만들기 위해서 알려진 다른 방법이나 설비가 쓰일 수도 있다. 상기 공정의 열주기는 각 유리마다 최적화될 수 있다. 유리를 부수고 재가열하는 것은 필수가 아니라는 것에 주목하라. 또한 상기 개시된 것과 다른 원료를 쓸수도 있다. 예를 들어, CaCO₃대신에 CaO가 쓰일 수도 있다.

형성된 유리의 중량% 조성

wt%	Na₂O	K₂O	MgO	CaO	B₂O₃	P₂O₅	TiO₂	SiO₂
유리A	6.0	12.0	5.0	20.0	0	4.0	0	53.0
유리B	11.7	16.3	3.1	13.0	1.4	3.3	0.6	50.6
유리C	18.0	9.0	0	14.0	1.0	4.0	0	54.0
유리D	8.8	11.0	4.0	22.7	1.0	1.5	0	51.0
유리E	11.6	14.7	3.1	12.8	1.4	6.4	0	50

유리 B는 본 발명에 따른 조성을 가지고, 유리 A, C, D 및 E는 본 발명의 조성의 범위를 벗어난다. A, B, C 및 D의 조성물로부터의 모든 유리 배치는 그 안에 결정화된 흔적없이 맑고 투명한 유리 블럭을 형성했다. E의 조성으로 만들어진 유리 블럭에서, 형성된 유리 블럭 내에 정자를 볼 수 있었고, 유리 E는 추가 공정 및 분석에서 폐기되었다.

각 제조된 유리 블럭으로부터 아래와 같이 섬유를 제조하였다. 첫째로 유리 블럭들을 도가니 바닥에 3.8mm 직경의 7개의 배출구를 가지는 백금 도가니에 넣었다. 그 다음 도가니를 바닥에 개구를 가지는 노(LINDBERG/BLUE CF56622C, LINDBERG/BLUE, NC, USA)에 넣었다. 각 섬유 조성물에 대한 섬유 방사를 위한 최적의 온도는 이 실험 이전에 서로 다른 온도를 이용한 섬유 방사 실험을 수행함으로써 알아냈다. 이 파일럿 실험에 기초하여 알아낸 최적의 섬유 방사 온도는 다음과 같다: 유리 A 에 대해서는 930℃, 유리 B에 대해서는 810℃, 유리 C에 대해서는 820℃ 및 유리 D에 대해서는 900℃.

최적 온도가 더 낮은 것이 섬유의 제조를 위해 더 좋은데, 왜냐하면 섬유는 그 다음 낮은 온도의 롤과 접촉하게 되고, 따라서 롤의 코팅 물질이 손상되고 섬유가 롤 둘레로 움직이기 시작할 때 코팅에 달라붙어서 그 경우 작업자가 그것들을 모을 수 없는 가능성을 줄이기 때문이다.

최적의 온도에서, 유리는 녹고 배출구로부터 나오기 시작했으며, 형성된 섬유가 그 다음 방사 롤로 잡아 당겨졌다. 롤의 속도를 조절함으로써 섬유의 직경을 조절하는 것이 가능했다. 방사 롤의 속도는 섬유의 직경이 0.75mm가 되도록 조정되었다.

섬유가 성공적으로 뽑히면서 섬유 방사가 수행되었다. 얻어진 유리 섬유는 섬유 방사 공정에서 커터를 사용하여 3±2 mm의 길이로 추가로 썰렸다.

섬유가 제조된 후에, 공정의 수율을 각 배치로부터 측정하였다. 이것은 얻어진 섬유의 중량을 달고, 상기 중량을 초기에 사용했던 유리 블럭의 중량으로 나눔으로써 수행되었다. 유리의 수율은 표 2에 나타내었다.

방사 공정의 수율

수율	유리A	유리B	유리C	유리D
%	51±5	82±3	48±5	43±7

유리 B, 즉 본 발명에 따른 유리 조성물이 다른 유리 조성물들에 비해 확연히 개선된 수율을 가진다는 것이 명백하다.

제조된 유리 섬유는 섬유들의 섬유 직경 분포를 분석하기 위해 광학 현미경(Smartscope flash, Optical Gauging Product Inc)하에서 추가로 평가되었다. 유리 섬유의 각 배치로부터 200 개의 무작위 선택된 섬유들의 직경을 측정하였다. 측정에 기초하여, 각 유리 섬유 조성물에 대한 섬유 직경 분포 곡선을 구했다. 표 3은 각 4개의 유리 조성물에 대한 분석 결과이다.

섬유 직경 분포 분석 결과

섬유 직경	73-77㎛	70-80㎛	65-85㎛
유리A	68%	84%	96%
유리B	82%	92%	98%
유리C	59%	79%	95%
유리D	56%	78%	93%

표 3에서 볼 수 있는 것처럼, 본 발명에 따른 유리 조성, 즉 유리 B의 섬유의 약 80%는 직경이 73-77㎛ 범위 내이다. 한편, 유리 A, C 및 D는 약 80%의 섬유 직경이 더 넓은 범위인 70-80㎛ 범위 내에 퍼져있는 분포를 가진다. 이것은 섬유 직경 분포에서는 심한 불일치로서, 본 발명의 섬유 조성물이 알려진 섬유 조성물 대신 쓰일 때 섬유 제조 공정의 제어도가 훨씬 낫다는 것을 의미한다.

실시예 2

우선 실시예 1 및 2에 설명된 것처럼 유리 A 및 B로부터 유리 섬유를 제조하였다. 제조된 유리 섬유로부터 고형 다공성 스캐폴드를 만들기 위해, 여러 가지 소결 방법을 사용할 수 있다. 각 유리 조성물에 대한 최적의 소결 온도를 찾기 위해, 다음의 연구가 수행되었다. 유리 조성물로 만든 썰린 섬유 약 2g을 세라믹 판 상에 아무렇게나 임의로 놓았다. 그 다음, 판과 아무렇게나 쌓인 것을 가열로에 넣고 약 45분간 가열하였다.

노의 온도는 각 유리 조성물에 대한 최적의 온도 범위를 찾기 위해 변화되었다. 최적의 온도 범위에서, 유리 섬유는 함께 약간 소결되어 다공성 스캐폴드를 형성했다. 스캐폴드는 살아있는 조직이 그 안으로 자랄 수 있게 하는 다공성 구조의 장치이다. 스캐폴드는 예를 들어서 조직 성장을 위한 가이드로서 역할을 하는 기초를 형성할 수 있다. 스캐폴드는 특정 공극률(porosity)을 가진다. 공극률은 3차원 스캐폴드 내의 공기의 부피 퍼센트를 지칭한다. 만약 온도가 너무 낮으면, 섬유들은 별개로 남아있고 함께 소결되지 않는다. 온도가 너무 높으면, 섬유는 완전히 녹고 그들의 섬유 형태를 잃으며 고체 유리 덩어리가 형성된다. 이상적으로, 썰린 유리 섬유는 다공성 망 또는 스캐폴드를 형성하고 그 안에서 개별 섬유들이 자신의 섬유 형태를 유지하지만 개별 섬유들이 서로 접촉하게 되는 지점에서는 단단한 결합을 형성한다. 표 4는 유리들에 대한 이상적인 소결 온도 범위를 보여준다.

유리 A 및 B 에 대한 소결 온도 범위

소결 온도	하한	상한
유리 A	690℃	740℃
유리 B	590℃	620℃

표 4에서 볼 수 있는 것처럼, 유리 B에 대한 온도 범위가 더 낮다. 이것은 더 낮은 소결 온도를 의미하고 따라서, 가열하는데 더 낮은 에너지 소비가 된다는 것을 의미한다. 세라믹 판 또는 몰드를 사용할 때 45 분간의 가열 시간이 소결에 바람직한 시간일 수 있다. 대신에, 티타늄 판 또는 몰드를 사용하는 경우, 시간은 20분 내로 단축될 수 있다. 이것은 티타늄의 더 좋은 열 전도율에 기인한다.

본 발명의 유리 섬유를 위한 소결 온도는 약 500℃ 내지 약 700℃에서, 바람직하게는 약 550℃ 내지 약 650℃, 가장 바람직하게는 약 590℃ 내지 약 620℃에서 변화할 수 있다.

썰린 섬유는 바람직하게는 약 0.5mm 내지 약 10mm의 길이를 가지고, 더욱 바람직하게 섬유의 길이는 약 1mm 내지 약 5mm이다. 섬유의 길이를 조절하는 것은 소결된 스캐폴드의 공극의 크기를 원하는 수준으로 조절하기 위한 방법이다.

유리의 다공성 소결물은 예를 들어, 뼈 충전재 또는 연성 조직 충전재로서 쓰일 수 있다. 또한 압착 또는 구형 미립자 또는 다른 형태의 유리를 소결하여 다공성 스캐폴드의 형태로 만드는 것도 가능하다.

섬유는 통상 약 0.010 내지 약 1.0 mm의 직경을 가지고, 바람직하게는 약 0.030 내지 약 0.300 mm의 직경을 가진다. 섬유의 직경을 변화시킴으로써, 분해 속도를 제어할 수 있다. 더 낮은 소결 온도가 더 작은 직경의 섬유에 쓰일 수 있고, 스캐폴드의 공극률이 조절될 수 있다. 공정 변수를 변화시킴으로써, 스캐폴드의 특성이 원하는 수준으로 조절될 수 있는데, 예를 들어, 칼로 쉽게 성형가능한 스캐폴드가 만들어질 수 있다.

실시예 3

실시예 1 및 2에 설명된 것처럼 유리 B 및 C로부터 유리 스캐폴드를 만들었다. 유리 B로 만들어진 스캐폴드를 610℃에서 45분간 소결하였고 유리 C로 만들어진 스캐폴드는 620℃에서 45분간 가열하였다. 얻어진 스캐폴드는 유리 내의 결정 형성을 분석하기 위해 라만 분광기(Renishaw)로 추가로 분석하였다.

도 1(유리 A) 및 도 2(유리 C)의 라만 분광도에서 볼 수 있는 것처럼, 유리 B는 섬유 방사 및 소결 과정을 거쳐도 무정형으로 남아있다. 유리 C로 만들어진 스캐폴드에서는, 유리가 유리 형성 후 처음에는 무정형이었지만, 섬유 제조 및 소결 단계 후에는, 구조 내에 결정 상을 나타내는 명확한 피크를 관찰할 수 있다.

다시 말하면, 유리 B는 유리 결정화없이 반복적으로 열처리할 수 있다. 또한 본 발명의 유리 조성물은 반복된 가열에서 그것의 표면이나 부피 특성이 변화하지 않는다는 것이 발견되었다.

소결 유리 섬유에 의해서, 다공성 골전도(osteoconductive) 스캐폴드가 형성될 수 있다. 골전도는 뼈가 자라고 표면에 대해 개조하도록 수동적으로 허용하는 과정이다. 골전도에서, 임플란트는 뼈가 그것을 따라 이동할 수 있는 생체적합성 접촉 영역을 제공한다.

공정 파라미터를 최적화함으로써, 공극의 정도가 제어될 수 있다. 스캐폴드의 공극률은 약 5 내지 약 95부피%의 범위 내일 수 있고, 바람직하게는 약 20 내지 80부피% 범위 내이다.

본 발명의 다른 실시예에서, 유리 섬유의 소결은 부하를 준 상태에서 수행되고, 그것은 소결하는 동안 섬유들이 다소간 함께 압력을 받는 것을 의미한다. 부하하의 소결은 통상 스캐폴드의 더 균질한 구조를 이끌어낸다. 압력 부하는, 예를 들어 최소한 약 10kPa 내지 1000kPa의 범위 내일 수 있다.

본 발명에서 바람직한 소결 시간은 약 1 내지 약 120분, 바람직하게는 약 5 내지 약 30분이다.

실시예 4

본 발명의 서로 다른 조성을 가지는 유리의 F 내지 U의 16개의 배치가 만들어졌고, 상기 실시예 1에서 설명된 바와 같이 유리로부터 섬유가 만들어졌다. 각 유리에 대해 섬유 제조 공정의 수율이 측정되었다. 유리의 계산된 이론적 조성 및 섬유 제조 공정에서의 수율을 표 5에 나타내었다.

제조된 유리의 중량% 조성 및 섬유 제조 공정의 수율

	Na₂O	K₂O	MgO	CaO	B₂O₃	P₂O₅	TiO₂	SiO₂	수율(%)
F	11.8	16.3	3.1	13.0	1.4	3.3	0.5	50.6	77
G	11.8	16.5	3.1	12.7	1.3	3.3	0.5	50.8	76
H	11.7	16.2	3.1	13.2	1.3	3.1	0.4	51.0	77
I	11.1	16.2	3.1	13.8	1.3	3.1	0.4	51.0	80
J	11.1	16.2	3.1	13.8	1.2	3.1	0.4	51.1	78
K	11.2	16.2	3.1	13.9	1.0	3.1	0.4	51.1	75
L	11.2	16.2	3.1	14.0	1.0	3.1	0.4	51.0	75
M	11.4	16.3	2.8	14.3	1.0	2.8	0.4	51.0	77
N	11.4	16.7	3.1	13.5	1.4	3.8	0.0	50.1	76
O	11.3	17.1	3.2	15.2	1.4	3.3	0.0	48.5	70
P	11.8	15.0	3.2	13.0	1.4	3.6	0.0	52.0	75
Q	12.0	15.3	3.3	13.3	1.3	3.3	0.0	51.5	82
R	11.7	17.0	3.2	13.0	1.4	2.7	0.0	51.0	79
S	11.2	16.2	3.1	13.9	1.1	3.1	0.4	51.0	77
T	11.2	16.2	3.1	14.0	1.0	3.1	0.4	51.0	75
U	11.5	16.2	2.8	14.2	1.0	2.9	0.4	51.0	78

표 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 유리 조성물은 예를 들어 알려진 표 2의 유리 조성물 A, C, D와 비교할 때, 높은 수율을 갖는다.

실시예 5

이론적으로 계산된 조성과 유리 제조 공정 후 유리의 조성 간의 차이를 분석하기 위해서, 서로 다른 조성을 가지는 3개의 서로 다른 유리 섬유 배치를 만들었다. 각 생산된 유리 블럭에 대해 원소 분석이 행해졌다. 원소 분석은 X 선 분광기(Philips PW 2404 RGT)로 수행되었다. 표 6은 유리 V, X, Y에 대한 이론적인 계산 값 및 조성 분석으로부터의 데이터를 보여준다. 조성에서 이론값과 분석값 사이에는 오직 미미한 변화만이 존재한다.

유리 V, X, Y에 대한 이론적인 계산값 및 조성 분석 데이터

유리	Na₂O	K₂O	MgO	CaO	B₂O₃	P₂O₅	TiO₂	SiO₂
V(이론값)	11.74	16.37	3.155	12.99	1.417	3.333	0.592	50.7
V(분석데이터)	11.5	15.4	3.24	12.5	*	3.29	0.312	50.9
X(이론값)	11.81	15.88	3.17	13.07	1.21	2.68	0.2	51.97
X(분석데이터)	11.5	15.1	3.25	12.5	*	2.62	0.216	52.2
Y(이론값)	11.73	16.51	3.153	12.72	1.307	3.331	0.588	50.95
Y(분석데이터)	11.4	15.6	3.22	12.1	*	3.28	0.315	51.0

* 이 방법으로 탐지되지 않는 원소

실시예 6

우선 정격 직경 75㎛인 생활성 유리 섬유를 실시예 1에서 설명된 것처럼 유리 B로 제조했다. 제조된 섬유는 가위를 사용하여 정격 길이 5㎜로 손으로 추가로 잘랐다. 그 다음 P(L/DL)LA 70/30 중합체를 아세톤에 녹이고 잘린 섬유를 상기 점성 용액에 섞어 유리 섬유 및 P(L/DL)LA 70/30 중합체를 함유하는 합성물(composite) 예비 형성품(preform)을 형성하도록 했다. 아세톤이 증발되게 하기 위해서 상기 용액을 그 다음 편평한 용기에 약 24시간 동안 넓게 펼쳤다. 시트형 합성물 예비 형성품을 그 다음 약 1㎝ ×1㎝의 사각형 판으로 잘랐다. 상기 합성물 판은 그 다음 진공 오븐에서 상온에서 3일간 말린 다음 모든 아세톤을 확실히 증발시키기 위해 80℃에서 16시간 동안 말렸다.

0, 10, 20, 30 및 40 부피%의 유리 섬유를 함유하는 5개의 서로 다른 조성물을 상기 설명한 바와 같이 만들었다. 강철 몰드를 가지는 피스톤 사출 성형기(SP2 Chippenham, 영국)를 사용하여 상기 판으로부터 합성물 막대(rods)를 만들었다. 5개의 서로 다른 합성 조성물 각각으로부터 막대가 성공적으로 만들어졌다.

유리 섬유는 또한 임플란트의 중합체 매트릭스에서 보강재로 쓰일 수 있다. 보강된 합성물 임플란트는 고정판 등으로 쓰일 수 있다.

실시예 7

생활성 유리 조성물 F, G, H 및 I가 만들어졌고, 고온에서의 그것들의 특성을 고온 단계 현미경(hot stage microscope)을 사용하여 분석하였다. 이 분석을 통해 소결, 연화, 구(sphere), 반구 및 용융의 특징적인 온도를 결정할 수 있다.

유리 조성물 F, G, H, I 및 J에 대한 소결, 연화, 구, 반구 및 용융 온도

유리	소결	연화	구	반구	용융
F	599	647	790	910	934
G	598	691	777	900	929
H	600	642	754	913	938
I	609	689	805	917	941
J	615	638	795	923	944

표 7에서 볼 수 있다시피, 분석된 모든 유리 조성물의 소결 온도는 590 내지 620℃의 범위 내에 있다. 또한, 상기 모든 조성물에 대해, 특징적인 온도는 유사한데, 상기 물질들이 모두 유사한 고온, 특히, 고온 제조 특성으로 특징지어짐을 의미한다.

본 발명의 실시예에서, 유리 섬유를 소결함으로써 만들어진 다공성 스캐폴드는, 스캐폴드가 그것의 적어도 한 측면 상에 장벽 특성을 갖도록 생체적합성 중합체 필름에 부착될 수 있다. 이러한 종류의 합성물 구조는 예를 들어 신생골 형성이 필요한 부위에 연성 조직이 자라는 것을 막기 위해 장벽 효과가 필요한 유도 골 재생에 쓰일 수 있다. 합성물 구조의 다른 적용예는 연골 조직의 재생이다. 유리 섬유를 소결한 다공성 스캐폴드는 연골 조직이 그 안으로 자랄 수 있는 매트릭스를 형성할 수 있다. 중합체 필름이 있는 스캐폴드의 다른 면은 신생 연골 조직을 활액으로부터 분리하는 장벽으로서 작용한다.

생체적합성 필름은 예를 들어, 폴리글리콜리드, 폴리락티드, 폴리-베타-히드록시부티르산, 폴리디옥사논, 폴리비닐알코올, 폴리에스테라민, 그것들의 공중합체 또는 중합체 혼합물로 만들어질 수 있다. 다른 아무 재흡수성 또는 비흡수성 생체적합성 중합체가 역시 생체적합성 필름의 제조에 쓰일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 유리 섬유는 소결되기 전에 먼저 생체적합성 중합체 상으로 코팅된다. 섬유는 잘리고, 그 다음 코팅된 섬유가 3차원 스캐폴드를 형성하도록 소결된다. 이런 경우에, 스캐폴드는 적당하게 탄성 성능을 가지고, 스캐폴드의 탄성 성능이 요구되는 경우에 적용될 수 있다. 적당한 생체적합성 중합체는 폴리글리콜리드, 폴리락티드, 폴리-히드록시부티르산, 폴리디옥사논, 폴리비닐알코올, 폴리에스테라민, 그것들의 공중합체 및 그것의 중합체 혼합물을 포함한다. 중합체로 코팅된 유리 섬유를 소결하기 위한 본 발명의 소결 시간은 약 1 내지 120분, 바람직하게는 약 5 내지 30분이다.

생체적합성 중합체로 코팅된 섬유가 소결될 때, 소결 온도는 코팅 중합체의 연화점에 따른다. 생체적합성 중합체가 사용되는 경우에는 소결 온도는 약 50℃ 내지 약 300℃이고 바람직하게는 약 100℃ 내지 약 200℃이다.

섬유 상의 중합체 코팅의 두께는 약 1 내지 200㎛, 바람직하게는 약 5 내지 30㎛이다.

본 발명의 다른 실시예에서, 신생 조직 예컨대 뼈의 형성을 촉진하기 위해서 생활성 제제가 본 발명의 조성물로 만들어진 장치와 함께 쓰일 수 있다. 이 경우에, 유리로 만든 다공성 스캐폴드는 생활성 제제의 담체로서 역할을 할 수 있다. 생물학적으로 활성인 제제는 항염증제, 항박테리아제, 항기생충제, 항진균제, 항바이러스제, 항종양제, 진통제, 마취제, 백신, 중추신경계 약물, 성장인자, 호르몬, 항히스타민, 골유도제, 심혈관계 약물, 항궤양제, 기관지확장제, 혈관확장제, 산아제한제(피임약), 임신촉진제 및 폴리펩타이드로 구성되는 그룹에서 선택될 수 있다. 바람직하게는, 상기 생활성 제제는 OP-1, BMP-2, BMP-4 및 BMP-7과 같은 골형성 단백질(bone morphogenic proteins, BMP), 또는 피롤리돈이다. 본 발명에 유용한 피롤리돈은 조직 장해 효과 또는 독성 효과 없이 가소성 또는 가용성을 가지는 화학 분야에 알려진 아무 피롤리돈이라도 포함한다. 이러한 피롤리돈은 1-메틸-2-피롤리돈(NMP), 1-에틸-2-피롤리돈(NEP), 2-피롤리돈(PB), 및 1-시클로헥실-2-피롤리돈(CP)과 같은 알킬- 또는 시클로알킬 치환 피롤리돈을 포함하며, NMP 및 NEP가 바람직한 예이다. 또한, 폴리비닐피롤리돈과 같은 피롤리돈계 중합체도 본 발명의 물질에 유용할 수 있다. 피롤리돈은 예를 들어 WO2005/084727의 실시예 1에 개시된 방법을 사용하여 조성물에 들어갈 수 있는데, 그 내용은 여기에 참조로서 영입된다.

본 발명의 유리는 개선된 형성 능력을 가지는 넓은 작업 분야를 가진다. 상기 유리는 따라서 여러 가지 방법, 예를 들어 구형 입자를 형성하기 위해 예를 들어 화염 방사에 의해 형성될 수 있다. 구형 입자는 예를 들어 암치료에서의 방사선 치료에서, 예를 들어 간의 악성 종양의 내부 방사선핵종 치료에서의 표적으로서 사용될 수 있다. 구형 입자는 또한 병에 걸리고 감염된 조직 및 치과분야에서 치아 표면의 세척 및 평탄화를 위한 연마제로서 사용될 수 있다.

본 발명의 유리는 또한 예를 들어 압축 성형 또는 알려진 다른 방법에 의해 합성물 제품의 생산에 사용될 수 있다.

상기 유리는 좀 더 복잡한 형태의 생산을 위한 기술적인 등급의 유리 분야에서 알려진 여러 가지 취입 성형 방법으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 유리는 섬유를 형성하기 위해 섬유 방사에 의해 처리될 수 있다.

본 발명의 유리는 또한 예를 들어 3차원 제품으로 주조될 수 있다. 유리의 주조 고형 성형물은 예를 들어 부러진 안와저(orbital floor)의 치료를 위해 수술에서 예를 들어 지지판으로서 사용될 수 있다.

위에서 언급되지는 않았지만 본 발명의 유리가 사용될 수 있는 많은 다른 적용 분야가 있다. 예를 들어, 그것들은 임플란트의 조직 부착을 향상시키기 위한 생체안정성 임플란트의 코팅으로서 사용될 수 있다.

유리 섬유는 신경의 재생을 위한 조직 엔지니어링에 적용될 수 있는 잠재적인 물질이다. 생활성 유리 섬유는 뉴런을 위한 일시적인 뼈대로서 작용하는데, 왜냐하면 뉴런은 유리 섬유와 가까이 접근해서 성장할 때 자라서 긴 섬유 구조를 형성할 수 있기 때문이다.

유리 섬유는 심근 세포 및 다른 근육 세포의 재생을 위한 조직 엔지니어링에 적용될 가능성이 있다.

추가로, 본 발명의 유리 조성물은 특정 혈관형성 특성을 가지는데, 즉 그것은 혈관의 성장을 활성화한다. 따라서, 상기 유리는 전체적으로 혈관발달된 조직의 조직 엔지니어링에 쓰일 수 있다.

기술이 발달됨에 따라, 본 발명의 사상이 여러 가지 방법으로 수행될 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 본 발명과 그 실시예들은 상기 설명된 예들에 국한되는 것이 아니라 청구항의 범위 내에서 변할 수 있다.

본 발명에 의해 균일한 섬유 직경을 가지는 유리 섬유를 만들 수 있고 향상된 수율을 가지는 생활성 유리 조성물이 제공된다.

Claims

SiO₂, Na₂O, K₂O, CaO 및 P₂O₅를 포함하는 생활성 유리 조성물로서,

SiO₂ 48-52wt%,

Na₂O 9-15wt%

K₂O 12-18wt%

CaO 12-18wt%

P₂O₅ 0-4wt%,

TiO₂ 0-2wt%,

B₂O₃ 1-4wt%, 및

MgO 0-5wt% 의 조성을 가지며,

Na₂O + K₂O> 25wt%,

MgO + CaO > 14wt% 그리고,

B₂O₃/P₂O₅ > 0.3 인 것을 특징으로 하는 생활성 유리 조성물.
제1항에 있어서,

SiO₂ 50-51wt%,

Na₂O 11-12wt%

K₂O 16-17wt%

CaO 12-14wt%

P₂O₅ 3-4wt%,

TiO₂ 0.5-1wt%,

B₂O₃ 1-2wt%, 및

MgO 3-4wt% 의 조성을 가지며,

Na₂O + K₂O> 25wt%,

MgO + CaO > 14wt% 그리고,

B₂O₃/P₂O₅ > 0.3 인 것을 특징으로 하는 생활성 유리 조성물.
제1항에 있어서,

SiO₂ 51wt%,

Na₂O 11.1wt%

K₂O 16.2wt%

CaO 13.8wt%

P₂O₅ 3.1wt%,

TiO₂ 0.4wt%,

B₂O₃ 1.3wt%, 및

MgO 3.1wt% 의 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 생활성 유리 조성물.
제1항에 있어서,

SiO₂ 51.1wt%,

Na₂O 11.1wt%

K₂O 16.2wt%

CaO 13.8wt%

P₂O₅ 3.1wt%,

TiO₂ 0.4wt%,

B₂O₃ 1.2wt%, 및

MgO 3.1wt% 의 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 생활성 유리 조성물.
제1항에 있어서,

SiO₂ 50.6wt%,

Na₂O 11.8wt%

K₂O 16.3wt%

CaO 13.0wt%

P₂O₅ 3.3wt%,

TiO₂ 0.5wt%,

B₂O₃ 1.4wt%, 및

MgO 3.1wt% 의 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 생활성 유리 조성물.
수술에 사용하기 위한 소결된 스캐폴드의 형태로 유리 섬유에 사용하기 위한 제1항에 따른 생활성 유리 조성물.
조성물을 위한 원료를 선택하는 단계,

원료를 혼합하는 단계,

상기 원료를 균질한 유리로 녹이는 단계를 포함하는 생활성 유리 조성물을 제조하는 방법에 있어서,

상기 원료를 선택하는 단계는 상기 균질한 유리가 제1항의 조성을 갖도록 선택하는 것을 특징으로 하는 생활성 유리 조성물을 제조하는 방법.
제1항의 생활성 유리 조성물을 포함하는 임플란트.
제8항에 있어서, 상기 임플란트는 제1항의 생활성 유리 조성물로 만들어진 적어도 부분적으로 다공성인 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 임플란트.
제9항에 있어서, 상기 다공성 구조는 소결된 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 임플란트.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임플란트.
제11항에 있어서, 상기 임플란트는 적어도 부분적으로는 중합체 코팅으로 코팅된 유리 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 임플란트.
제11항에 있어서, 상기 임플란트는 중합체 매트릭스에 파묻힌 유리 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 임플란트.
제11항에 있어서, 상기 유리 조성물은 상기 임플란트의 생체안정성 물질의 코팅을 구성하는 것을 특징으로 하는 임플란트.
제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임플란트는 적어도 하나의 피롤리돈을 포함하는 것을 특징으로 하는 임플란트.