KR20110065391A - 마그네슘 합금을 이용한 약물 전달체 - Google Patents

마그네슘 합금을 이용한 약물 전달체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생분해성 마그네슘 합금; 및 치료용 약물을 포함하는 약물전달체에 관한 것으로, 상기 약물전달체는 상기 약물을 생체 내에 지속적이면서 균일하게 방출하도록 용출 속도 조절이 가능하다.

Description

마그네슘 합금을 이용한 약물 전달체 {DRUG DELIVERY SYSTEM USING MAGNESIUM ALLOY}
본 발명은 생분해성 마그네슘 합금; 및 치료용 약물을 포함하는 약물전달체에 관한 것이다.
약제는 대부분 통상적으로 정제, 캡슐제 또는 에어로졸의 섭취에 의한 경구 투여, 또는 피하, 근육내 또는 정맥내 주사, 또는 이식물을 통하여 투여된다. 경구용 투여 형태가 시장의 40-50%를 차지함에도 불구하나, 이러한 투여 형태의 위험성은 환자가 약제의 섭취를 잊거나 주기에 맞춰 약물을 투여하지 않는 것 등에서 기인한다. 어떤 경우에, 이들 표준 투여를 이용하여 치료 효능을 달성하려면, 다량의 투약을 요구하며, 이는 독성 부작용을 일으킬 수 있다.
조절된 약물 방출에 관한 기술은 통상의 치료법의 일부 위험을 피하기 위한 노력의 일환으로 시도되었다. 이의 목표는 연속적 및 지속적 방식으로 약물을 전달하는 것이다.
그 중, 피하 이식되어 일정시간 동안 지속적이면서 균일한 농도로 약제를 전달하는 이식물이 공지되어 있으며, 특히 서방출(sustained-release)형 이식물의 사용에 따른 이점들은 당해 기술분야에 잘 공지되어 있다. 다수의 치료제들은 포유류 체내로부터 신속하게 대사되거나 제거되기 때문에 적절한 치료학적 농도를 유지하기 위해서는 약제를 수시로 투여해야만 한다. 따라서, 활성 물질을 유효 농도를 유지시키기에 충분한 수준으로 비교적 일정한 속도로 투여할 수 있는 서방출형 약물전달체가 요구된다.
이러한 서방출형 약물전달체는 통상 폴리머 재료를 기반으로 이루어져 있으나, 상기 폴리머의 분해 속도가 일정하지 않은 점에 기인하는, 방출 초기 대부분의 약물이 방출되어버리는 결과를 초래하는 문제점을 내포하고 있다.
이에 본 발명자들은 상기의 문제점들을 해결하고자 연구한 결과, 생체분해성 마그네슘 합금을 제조하였으며, 이에 치료용 약물을 주입한 약물전달체가 전술한 문제점을 해결한 것을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명은 기존의 폴리머 소재 기반의 약물전달체에 비해, 생체적합성이며, 균일한 표면 분해가 일어나고, 용도에 따라 약물의 방출 속도 제어가 가능한 생체분해성 약물전달체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 생체분해성 마그네슘 합금; 및 치료용 약물을 포함하는 생체분해성 약물전달체를 제공한다.
본 발명의 생체분해성 마그네슘 합금을 포함하는 약물전달체는, 기존의 폴리머 소재 기반의 약물전달체에 비해, 생체적합성이며, 균일한 표면 분해가 일어나고, 용도에 따라 약물의 방출 속도 제어가 가능하여, 사용하고자 하는 목적에 따라 적절한 방출 속도로 환자에게 약물을 공급할 수 있다. 또한, 본 발명의 생체분해성 약물전달체를 사용하면, 약물전달체의 분해 속도를 제어하여 수명을 연장시킬 수 있으므로 반복이식해야 할 필요가 없다.
도 1은 순수 Mg(Fe 0.001-0.04%, Ni 0.0035-0.001%) 주조재의 단면사진이다.
도 2는 실시예 2-5로 제조된 주조재의 외관사진이다.
도 3는 실시예 2-1(Mg0.992Ca0.008)로 제조된 주조재의 단면 사진이다.
도 4은 실시예 2-2(Mg0.95Ca0.05 )로 제조된 주조재의 단면 사진이다.
도 5은 실시예 2-3(Mg0.895Ca0.105)로 제조된 주조재의 단면 사진이다.
도 6은 실시예 2-4(Mg0.77Ca0.23 )로 제조된 주조재의 단면 사진이다.
도 7은 실시예 2-5(Mg0.67Ca0.33)로 제조된 주조재의 단면 사진이다.
도 8은 실시예 3(Mg0.67Ca0.33)으로 제조된 합금의 단면 사진이다.
도 9는 실시예 4-3(압출된 Mg0.95Ca0.05)의 길이방향과 수평방향의 단면 사진이다.
도 10은 상기 방법에 의해 코팅막이 형성된 생체 소재(Ti 합금)를 굽힘 충격을 가하여 코팅 단면이 드러나도록 절단한 후 전자 현미경으로 관찰한 것이다.
도 11은 Ti6V4Al합금 위에 실시예 5에 의해 형성된 마그네슘 합금계 코팅막 표면을 다이아몬드 팁(tip)으로 긁은 다음 전자현미경으로 관찰한 사진이다.
도 12는 Ca 첨가량을 달리하여 제조된 Mg합금 주조재의 압축강도 실험 결과이다.
도 13은 Ca 첨가량을 달리하여 제조된 Mg합금 주조재를 압출한 다음 측정한 압축강도이다.
도 14는 불순물 함량, Ca첨가량, 압출 가공 여부에 따른 Mg 소재의 부식 전류 밀도 변화 측정 결과이다.
도 15는 불순물 함량, Ca첨가량, 압출 가공 여부에 따른 Mg 소재의 부식 전류 밀도 변화와 항복 강도를 함께 도시한 그림이다.
도 16은 Mg으로 기공을 함침한 알루미나 구조체의 외관 사진이다.
도 17은 Mg으로 기공이 충진된 알루미나 구조체의 단면 사진 사진이다.
도 18은 Ti 분말을 소결하여 제조된 Ti 다공성 구조체의 외관사진이다.
도 19는 Mg으로 기공이 충진된 Ti 다공성 구조체의 단면사진이다.
도 20은 다공성 구조체 및 Mg으로 기공이 충진된 다공성 구조체의 표면 강도를 조사하기 위한 실험 장면 및 사용한 팁의 형상이다.
도 21은 부가되는 하중에 따른 알루미나 다공성 구조체의 표면 침투깊이의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 22는 부가되는 하중에 따른 Mg으로 기공이 충진된 알루미나 구조체의 표면 침투 깊이의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 23은 마그네슘계 합금을 충진한 알루미나 구조체의 압축 강도를 측정한 결과 그래프이다.
도 24는 실시예 10, 실시예 11 및 비교예 1의 침지시간에 따른 수소발생량을 나타낸 그래프이다.
도 25는 압출전 실시예 12, 실시예 13 및 비교예 3의 생체분해성 구조체의 기계적 강도평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 26은 압출후의 실시예 12, 실시예 13 및 비교예 3의 생체분해성 마그네슘 합금의 기계적 강도평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 27은 실시예 10, 실시예 11 및 비교예 3의 침지시간에 따른 수소발생량의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 28는 실시예 11 내지 실시예 13의 침지시간에 따른 수소발생량의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 29는 실시예 14 내지 실시예18, 비교예3 및 비교예 5의 침지시간에 따른 수소발생량의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 30은 아연함량에 따른 수소발생량의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 31은 61시간 동안 표 8의 용액 속에 방치시킨 실시예 14의 생체분해성 마그네슘 합금 시편의 표면을 나타낸 전자현미경 사진이다.
도 32는 도 31에서 나타낸 실시예 14의 생체분해성 마그네슘 합금 시편을 EDS로 분석한 표면 사진이다.
도 33은 도 31 및 도 32에서 나타낸 실시예 14의 생체분해성 마그네슘 합금 시편에 나타난 부식물을 제거한 사진이다.
도 34은 61시간 동안 표 8의 용액 속에 방치시킨 실시예 14의 생체분해성 마그네슘 합금 시편의 단면도이다.
도 35는 도 34의 사진을 확대한 사진이다.
도 36은 61시간 동안 표 8의 용액 속에 방치시킨 실시예 14의 생체분해성 마그네슘 합금 시편을 WDS(제조사: JEOL, 제품명: JXA-8500F)로 촬영한 사진이다.
도 37는 61시간 동안 표 8의 용액 속에 방치시킨 실시예 15의 생체분해성 마그네슘 합금 시편의 단면도이다.
도 38는 61시간 동안 표 8의 용액 속에 방치시킨 실시예 15의 생체분해성 마그네슘 합금을 WDS(제조사: JEOL, 제품명: JXA-8500F)로 촬영한 사진이다.
도 39는 2개의 실시예 15의 생체분해성 마그네슘 합금 시편 중 하나에 초음파를 적용하고, 나머지 하는 초음파를 적용하지 않은 다음, 표 8의 용액에 침지시켜 시간에 따른 수소발생량을 측정한 그래프이다.
도 40은 초음파를 적용한 실시예 15의 생체분해성 마그네슘 합금 시편을 표 8의 용액에 침지시켜 시간에 따른 수소발생량을 측정한 그래프이다.
도 41은 본 발명의 생체분해성 마그네슘 합금을 포함하는 다공성 약물전달체의 사진 및 단면도이다.
도 42는 여러가지 용매 존재 하에서의, 본 발명의 생체분해성 마그네슘 합금의 시간 의존적 부식 정도를 나타내는 사진이다.
도 43은 본 발명의 마그네슘 합금을 랫트의 대퇴부에 식립한 후 2주, 4주 및 8주째에 혈액을 채취하여 각 혈액지표들의 변동 정도를 나타낸 히스토그램이다.
도 44는 본 발명의 마그네슘 합금 중 Mg-Ca(Mg 95중량%, Ca 5중량%) 합금의 표면 사진으로, 표면처리 전의 Mg-Ca 합금은 광택을 나타내며 (위), 표면처리 후의 Mg-Ca 합금은 광택이 없다 (아래).
이하에서 본 발명을 구체적으로 설명한다.
Ⅰ. 마그네슘 합금을 포함하는 약물전달체
본 발명의 일실시예에 따른 약물전달체는 생체분해성 마그네슘 합금을 포함한다.
상기 생체분해성 마그네슘 합금은 체내에서 분해되며, 분해시 포함한 약물을 분해 속도에 맞추어 방출하게 된다. 여기서, 상기 마그네슘 합금의 분해 및 약물 방출 속도는 본 발명의 약물전달체에 포함되는 상기 생체분해성 마그네슘 합금의 양으로 조절될 수 있는 것이다.
상기 생체분해성 마그네슘 합금은 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다:
<화학식 1>
Mg-A
상기 화학식 1에서,
A는 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 구리(Cu), 카드뮴(Cd), 지르코늄(Zr), 은(Ag), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 레늄(Re), 철(Fe), 아연(Zn), 몰리브덴(Md), 니오븀(Nb), 탄탈(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 규소(Si), 인(P) 및 셀레늄(Se)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상이다.
보다 바람직하게는, 상기 생체분해성 마그네슘 합금은 하기 화학식 2로 표시되는 것일 수 있다.
<화학식 2>
MgaCabXc
상기 화학식 1에서,
a, b 및 c는 각 성분의 몰비로서, a+b+c=1이고, 0.5≤a＜1, 0≤b≤0.4, 0≤c≤0.4이고, 단, b와 c 중 적어도 하나는 0을 초과하고, c가 0일 경우, Ca의 함량이 상기 생체분해성 마그네슘 합금 총 중량에 대하여 5 내지 33중량%로 포함되고, X는 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 크롬(Cr), 망간(Mn), 아연(Zn), 규소(Si), 인(P), 니켈(Ni) 및 철(Fe) 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상이다.
상기 X가 2종 이상이어도, X의 총합의 몰비는 상기 c의 범위를 만족한다. 상기 Ca 및 X의 함량이 증가할수록, 마그네슘 합금의 강도가 증가하며, 동시에 생체분해 속도가 증가하게 된다. 따라서, 본 발명의 생체분해성 약물전달체는 요구되는 강도 및 충진 금속의 소멸속도를 고려하여, 상술한 범위 내에서 Ca 및 X의 양을 결정할 수 있다.
상기 X에 니켈(Ni)이 포함될 때. 니켈은 생체분해성 약물전달체의 독성을 감소시키고, 부식 속도 제어를 용이하게 한다. 이때 니켈의 함량은 100ppm 이하인 것이 바람직하고, 50ppm이하가 더 바람직하다. 또한, 상기 X에 철(Fe)이 포함될 때, 철은 마그네슘 합금의 부식속도 증가에 매우 큰 영향을 미치므로, 철의 함량은 1,000ppm 이하인 것이 바람직하고, 500ppm 이하인 것이 더 바람직하다. 이때, 철의 함량이 상술한 범위 이상으로 포함되면, 철이 마그네슘에 고용되지 못하고 독립된 인자로 존재하여 마그네슘의 부식속도를 증가시킨다.
상기 생체분해성 마그네슘 합금은 마그네슘(Mg)과; 불순물로 망간(Mn)과; 철(Fe), 니켈(Ni) 및 철(Fe)과 니켈(Ni)의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종을 포함하고, 상기 불순물의 함량이 상기 마그네슘 100중량부에 대하여 0초과 1중량부 이하이고, {철(Fe), 니켈(Ni), 철(Fe)과 니켈(Ni)의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종}/망간(Mn)=0초과 5이하인 것일 수 있다.
상기 {철(Fe), 니켈(Ni), 철(Fe)과 니켈(Ni)의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종}/망간(Mn)=0초과 0.2이하인 것이 바람직하다. 상기 {철(Fe), 니켈(Ni), 철(Fe)과 니켈(Ni)의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종}/망간(Mn)이 상술한 범위를 만족하면, 생체 내에서 분해속도가 극도로 낮게 제어되어 내식성이 향상된다. 이로 인해 생체 내에서 약물전달체가 보다 장기간 존재할 수 있다.
상기 불순물로 니켈(Ni)과 망간(Mn)이 포함될 때. 니켈(Ni)이 인체 알레르기 반응을 야기하고 순 Mg의 부식 속도를 증가시킨다. 따라서, 니켈 함량은 100ppm 이하인 것이 더 바람직하고, 50ppm이하가 가장 바람직하다.
또한, 상기 마그네슘 합금은 불순물로 알루미늄(Al)을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 생체분해성 마그네슘 합금은 하기 화학식 3으로 표시되고, 총 중량에 대하여, Ca은 0 초과 23 중량% 이하; Y는 0 초과 10 중량% 이하; 및 Mg은 잔량을 포함하는 마그네슘 합금일 수 있다.
<화학식 3>
Mg-Ca-Y
상기 화학식 3에서, Y는 Mn 또는 Zn이다.
상기 화학식 3으로 표시되는 생체분해성 마그네슘 함금이 상술한 범위를 만족하면, 기계적 물성 및 내식성이 동시에 향상되고, 취성파괴(脆性破壞)가 일어나지 않는 생체분해성 약물전달체를 제공할 수 있다.
또한, 상기 화학식 3으로 표시되는 마그네슘 합금은 바람직하게는 총 중량에 대하여, 상기 Ca은 0 초과 23 중량% 이하, Y는 0.1 내지 5중량% 및 Mg은 잔량을 포함하는 것이고, 더 바람직하게는 상기 Ca은 0 초과 23 중량% 이하, X는 0.1 내지 3중량% 및 Mg은 잔량을 포함하는 것이다. 그 이유는 혹시라도 발생할 수 있는 불순물의 부작용을 고려하여 동일 부식 속도를 구현할 경우 불순물의 함량이 적은 것이 유리하기 때문이다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체분해성 약물전달체는, 본 발명의 마그네슘 합금; 및 금속, 세라믹 및 고분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 혼합한 마그네슘 복합재를 포함할 수도 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체분해성 약물전달체는 상기 마그네슘 합금 또는 마그네슘 복합재를 포함하는 표면 코팅을 더 포함할 수 있다.
상기 생체분해성 마그네슘 합금은 초음파를 적용한 것일 수도 있다. 상기 마그네슘을 포함하는 생체분해성 약물전달체에 초음파를 적용하면, 생체 내에서 부식속도가 증가하여 보다 짧은 시간 내에 약물전달체가 소멸되는 이점이 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 생체분해성 약물전달체는 상기 생체분해성 마그네슘 합금이 다공성 구조체를 이루어 그 공극 사이에 약물이 충진된 것, 또는 다공성 구조체에 상기 생체분해성 마그네슘 합금이 충진된 것일 수도 있다.
상기 다공성 구조체의 기공의 크기는 기술분야의 통상적인 방법을 이용하여 사용되는 분야에 따라 조절될 수 있으나, 200 내지 500㎛인 것이 바람직하다. 상기 기공의 크기가 상술한 범위를 만족하면, 영양분, 미네랄 및 이온의 공급을 담당하는 혈관이 기공을 통과하기 용이하다.
상기 다공성 구조체의 기공율은 5-95%인 것이 바람직하다. 여기서, 기공율은 전체 부피 중 기공이 차지하는 체적비를 말한다. 상기 기공율은 적용하고자 하는 대상의 요구 강도가 높을 경우 기공율을 낮춰 다공성 구조체의 강도를 높일 수 있다. 구체적인 예를 들면, 다공성 구조체가 강도가 높은 탄탈륨과 같은 금속인 경우이거나, 단순히 손실된 골의 공동(cavity)을 채우는 역할을 할 경우 기공률을 높여도 무관하다.
상기 다공성 구조체가 상기 생체분해성 마그네슘으로 이루어지지 않는 경우에는, 금속, 세라믹 및 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 상기 다공성 구조체가 금속일 경우, 타이타늄 또는 타이타늄 합금, 코발트-크롬합금 및 스테인레스로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. 상기 다공성 구조체가 세라믹일 경우, 칼슘 포스페이트(Calciu, Phosphate), 알루미나, 지르코니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. 상기 다공성 구조체가 고분자일 경우, 폴리에틸렌, 폴리유산(polylactic acids: PLA), 폴리글리콜산(polyglycolic acid: PGA) 및 이들의 공중합체인 PLGA로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. 여기서, 다공성 구조체가 상술한 고분자일 경우, 생체 내에서 분해될 수 있는 산이 발생하여 pH가 낮아지는 현상이 일어난다. 이때, 마그네슘으로 기공이 충진된 고분자 복합재의 경우 마그네슘이 분해되면서 pH를 높이는 효과가 있으므로, 고분자와 마그네슘의 분해속도를 제어하면 생체내에서의 pH를 임의로 조절할 수 있는 추가적인 효과도 기대할 수 있다.
상기 약물은 이의 등가물을 포함하여 지칭되는 약리학적 활성을 띠는 화합물을 의미하며, 이에는 체내에서 약물이 통과하면서 생성되는 생리적 또는 약리학적 활성성분이 함께 포함된다. 상기 약물은 하나 이상 포함될 수 있으며, 전하를 띠지 않는 분자, 복합체 또는 그의 약리학적으로 허용되는 염의 형태일 수 있다. 또한 체내 pH 또는 효소 등에 의해서 용이하게 가수분해될 수 있는 상기 약물의 단순한 유도체(예컨대, 에테르, 에스테르, 아미드 등) 등을 포함한다.
Ⅱ. 마그네슘 합금을 포함하는 약물전달체의 제조 방법
본 발명의 일실시예에 따른 마그네슘 합금을 포함하는 약물전달체의 제조방법은 a) 상기 생체분해성 마그네슘 합금을 제공하는 단계, b) 상기 제공된 생체분해성 마그네슘 합금을 성형하는 단계, 및 c) 약물을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 a) 단계는 상기 마그네슘을 용융시켜 제공하는 단계인 것이 바람직하다. 보다 상세하게 설명하면, 상기 a) 단계는 마그네슘과 반응하지 않는 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스 분위기 또는 진공 분위기에서 상기 마그네슘을 용융시켜 제공하는 단계일 수 있다. 또한, 상기 a) 단계는 저항체에 전기를 가하여 열을 발생시키는 저항 가열 방식, 유도 코일에 전류를 흘려 유도 가열하는 방식, 또는 레이저나 집속 광에 의한 방법 등 다양한 방법을 이용하여 상기 마그네슘을 용융시켜 제공하는 단계일 수 있다. 여기서, 상술한 용융방법 중 저항가열 방식이 가장 경제적이다. 마그네슘의 용융 시 불순물들이 잘 섞일 수 있도록 용융 합금(이하 용탕)을 교반하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 약물전달체가 다공성 구조체의 기공에 상기 생체분해성 마그네슘 합금이 충진된 것이라면, 상기 a) 단계는 a-1) 다공성 구조체를 준비하는 단계; 및 a-2) 상기 다공성 구조체의 기공을 상기 생체분해성 마그네슘 합금으로 충진시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 약물전달체가 다공성 구조체의 공극 내에 치료용 약물이 충진된 것이라면, 상기 a) 단계는 a-1) 다공성 구조체를 준비하는 단계; 및 a-2) 상기 다공성 구조체의 공극에 상기 치료용 약물을 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에서, 마그네슘 합금을 다공질로 가공하고, 여기에 약물을 분산시키면 이의 다공(pore)이나 모세관(capillary)으로 내부가 연결되어 있는 통로를 통해 주변의 용출 매질이 들어오면서 약물이 침출된다. 이때, 상기 다공의 가지(branching)나 구부러짐(bending)에 기인한 확산 경로가 증가함에 따라 주어진 시간 내 약물의 방출이 감소할 수 있으므로, 약물의 서방출을 위해서는 적절한 굴곡성(tortuosity) 및 다공성(porosity)을 가져야 한다. 한편, 상기 다공성을 조절함으로써 약물의 방출량을 조절할 수 있다.
상기 a-1) 단계에서, 다공성 구조체는 마그네슘을 포함하는 금속, 세라믹 및 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 1종일 수 있다.
상기 다공성 구조체가 금속만을 이용하여 제조하는 경우, 상기 a-1)단계는 하기와 같다.
우선, 금속을 분말 또는 선재(wire)로 제조한다. 상기 분말 또는 선재로 제조된 금속을 예비성형체(Green preform)로 제조한다. 상기 예비성형체를 제조하는 방법은 소결법 및 상기 소결법이 변형된 방법을 이용할 수 있다.
상기 소결법을 이용한 예비성형체의 제조방법은 하기와 같다.
우선, 상기 분말 또는 선재로 제조된 금속을 용기에 담거나 100MPa 이하의 적정한 힘으로 눌러 약한 강도를 갖게 만들고, 상기와 같이 약한 강도를 갖게된 금속을 상기 금속의 융점의 2/10 내지 9/10의 온도로 유지시켜 분말 또는 선재끼리 결합하여 기계적 강도를 갖는 예비성형체를 제조한다.
또한, 상기 소결법이 변형된 방법을 이용한 제조방법은 하기와 같다.
상기 분말 또는 선재로 제조한 금속을 그라파이트와 같은 전도성 용기에 담고, 전도성 용기에 고전류를 흘려 상기 분말 또는 선재로 제조된 금속의 접촉부에서 순간적으로 열이 발생하도록 하여 소결체를 만들어 예비성형체를 제조한다.
상기 다공성 구조체가 금속 및 고분자를 포함하여 제조되는 경우, 상기 a-1) 단계는 하기와 같다.
우선, 금속을 분말 또는 선재(wire)로 제조한다. 이어서, 상기 분말 또는 선재로 제조된 금속에 고분자를 혼합시키고, 온도를 상승시키는 과정에서 저온에서 고분자가 분해되어 소멸되고, 고온에서 분말 또는 선재로 제조된 금속이 소결되어 적절한 기계적 강도를 갖는 예비성형체를 제조한다. 이때 소결 온도, 가압력, 고분자와 금속의 혼합비 등에 따라 기공율과 소결체의 강도가 결정되며 필요에 따라 적정한 조건을 선택할 수 있다. 소결온도는 다공성 구조체 제조에 사용된 소재의 종류에 따라 달라지며, 일반적으로 다공성 구조체의 융점의 1/2 내지 9/10 정도가 바람직하다. 소결 시 압력을 가하지 않더라도 소결은 일어나지만 가압력이 높을수록 소결이 빨리 진행된다. 다만, 가압력을 높일수록 장치 비용과 금형 비용 등 추가 비용이 소요되므로 적정한 압력을 선택하는 것이 좋다.
또한, 상술한 방법 외에, 상기 다공성 구조체가 금속 및 고분자를 포함하여 제조되는 경우, 상기 a-1)단계는 하기와 같다.
우선, 고분자 표면을 금, 백금 및 Pd 등의 귀금속으로 도금한다. 그 후, 고분자를 제거하여 생체적합성이 더욱 양호한 금속 다공성 구조체를 제조할 수 있다.
상기 다공성 구조체가 수용성 염과 금속을 이용하여 제조되는 경우, 상기 a-1) 단계는 하기와 같다.
우선, 수용성 염과 금속분말을 혼합하여 고온 성형하여 예비성형체를 제조한다. 여기서, 상기 수용성 염은 NaNO2, KNO2, NaNO3, NaCl, CuCl, KNO3, KCl, LiCl, KNO3, PbCl2, MgCl2, CaCl2 및 BaCl3으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. 이어서, 상기 예비성형체를 금속분말 융점의 2/10 내지 9/10의 온도에서 가압한다. 가압과정에서, 금속분말은 원자 이동에 의해 서로 결합되어 구조체를 형성하고, 수용성 염이 내부에 포함된 복합재를 형성하게 된다. 상기 복합재를 물에 담그게 되면 수용성 염만 녹아 나와 기공이 있는 금속 다공성 구조체가 제조된다. 더 나아가 금속 소재를 완전히 용융한 후 가스를 발생하는 발포제를 주입하여 금속 다공성 구조체를 제조할 수도 있다.
상기 다공성 구조체가 고분자 및 금속이온을 포함하는 전해액을 이용하여 제조되는 경우, 상기 a-1) 단계는 하기와 같다.
우선, 다공성 고분자의 표면을 금속이온을 포함하는 전해액을 이용하여 금속으로 도금한다. 이때, 상기 금속이온은 특별히 한정하지 않으나, Ti, Co, Cr 및 Zr으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. 이어서, 온도를 올려 고분자를 제거하면 다공성 금속 구조체를 제조할 수 있다.
상기 다공성 구조체가 세라믹을 이용하여 제조되는 경우, 상기 a-2)단계는 하기와 같다.
우선, 세라믹 미분과 바인더 폴리머(고분자)를 혼합한다. 상기 혼합물을 폴리우레탄과 같은 제거 가능한 소재로 만들어진 폼(foam)재의 골격 구조 표면에 입힌 후 건조하여 다공성 구조체를 만든다. 그 후, 온도를 높이면 결합재 고분자의 연소 온도 부근에서 고분자가 연소하여 제거되고, 온도를 더욱 높이게 되면 남은 세라믹끼리 서로 소결되어 기계적 강도가 있는 다공성 구조체를 제조할 수 있다.
여기서, 상기 세라믹 미분은 하이드록시아파타이트(HA), 지르코니아 및 알루미나로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.
상기 a-1) 단계는 상술한 다공성 구조체의 제조방법을 변형하거나 조합하는 방법, 또는 이종 소재의 일부에 적용하여 내부와 외부의 기공율이 다르게 제어된 다공성 구조체를 제조하는 방법일 수도 있다. 후자의 방법으로는, 내부가 기공이 적거나 없는 고밀도이고 바깥쪽은 기공율이 높아 위치별 기공율이 다른 다공성 구조체를 제조할 수 있다,
상기 a-2) 단계는, 상기 치료용 약물을 채운 용기에 상기 다공성 구조체를 침지시키는 방법, 및 상기 다공성 구조체를 고정시키고 치료용 약물을 흘려 기공이 충진되도록 하는 방법을 포함하여 이루어진 군에서 선택되는 1종을 이용할 수 있다. 이때 치료용 약물이 기공에 주입되는 동안 그 활성을 잃지 않도록 표면의 각종 오염 물질을 제거/멸균하는 사전처리 등이 수행될 수 있다.
상기한 바와 같은 충진 방법 외에, 또 다른 변형 예로 다공성 구조체의 기공을 마그네슘 합금으로 완전히 충진시키지 않고 일부만 충진시킬 수도 있다. 즉, 다공성 구조체에 용융 마그네슘을 충진시킨 후, 마그네슘이 완전히 응고하기 전에 다공성 구조체에 고압가스를 불거나 다공성 구조체를 회전시키거나 털게 되면 응고되지 않은 마그네슘이 다공성 구조체로부터 제거되고 일부의 마그네슘만 기공에 잔존하게 되어 기공의 일부에 마그네슘이 함침된 복합재를 제조할 수 있다. 이 경우, 다공성 구조체 기공의 위치별 마그네슘 충진율이 다르게 제어될 수 있다.
한편, 융점이 마그네슘에 비해 낮은 고분자의 경우 다공성 구조체를 먼저 만들고, 추후에 용융된 마그네슘으로 기공을 충진시킬 경우 고분자 다공성 구조체가 제 형상을 유지할 수 없게 된다. 따라서 고분자와 생체분해성 마그네슘 합금을 포함하는 약물전달체는 생체분해성 마그네슘 합금 분말과 고분자를 부피 분율 5:95 내지 95:5의 범위에서 혼합한 후 섭씨 150 내지 500℃로 승온하여 1기압 내지 100기압의 범위로 가압하는 방법으로 생체분해성 마그네슘 합금을 포함하는 약물전달체를 제조하는 것이 바람직하다. 상기한 조건은 고분자 다공성 구조체-생체분해성 마그네슘 합금을 포함하는 약물전달체의 바람직한 제조 조건일 뿐이며, 상기 조건에서 벗어난 조건에서도 고분자 다공성 구조체-생체분해성 마그네슘 합금을 포함하는 약물전달체가 성형되지 않는 것은 아니므로 제조 조건 변경에 의해 본 발명의 권리가 침해될 수 없다.
전술한 바와 같은 금속, 세라믹 및 고분자 다공성 구조체의 제조방법 및 다공성 구조체의 기공을 마그네슘 합금 또는 치료용 약물로 충진시키는 방법, 생체분해성 마그네슘 합금으로 충진된 고분자를 포함하는 생체분해성 약물전달체의 제조방법은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 보호범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 생체분해성 마그네슘 합금의 제조방법에 포함되는 b) 단계는, 상기 용융된 생체분해성 마그네슘 합금을 냉각방법, 압출방법 및 금속가공방법으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 성형하는 단계일 수 있다.
상기 냉각방법은, 마그네슘 합금의 기계적 강도를 향상시킬 목적으로 이용할 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 상기 a) 단계에서 마그네슘이 용융된다면, 용융된 마그네슘이 포함된 도가니를 물에 침지시키는 방법을 이용할 수 있다. 또한, 상기 용융된 마그네슘을 아르곤 등 불활성 가스를 이용하여 분무하는 냉각방법을 이용할 수 있다. 상기 분무하는 냉각방법은 훨씬 높은 속도로 냉각되어 매우 미세한 조직을 나타낼 수 있다. 하지만, 작은 크기로 마그네슘을 주조할 경우 내부에 다수의 기공(검은 부분)이 형성될 수도 있으므로, 주의해야 한다.
상기 압출방법은, 마그네슘의 조직이 균일해지고 기계적 성능이 향상시킬 목적으로 이용된다. 상기 압출방법은 300 내지 450℃에서 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 상기 마그네슘의 압출은 압출전후 단면적 감소비율(압출비)을 10:1 내지 30:1 내에서 수행할 수 있다. 압출비가 커질수록 압출재의 미세조직이 균일해지고, 주조시 형성된 결함이 용이하게 제거되는 장점이 있으나, 이 경우, 압출장치용량을 증가시키는 것이 바람직하다.
상기 금속가공방법은, 당 업계에서 공지된 금속가공방법이면, 특별히 한정하지 않는다. 예를 들면, 최종 제품에 가까운 형태로 가공된 형틀에 전술한 바와 같이 용융된 마그네슘을 부어서 직접 주조하는 방법, 봉상이나 판상 등의 중간재로 제조한 후 이를 선반 또는 밀링 가공하는 방법, 마그네슘 합금을 큰힘으로 가압단조하여 최종 제품 형상으로 제조하는 방법 등을 들 수 있다.
본 발명에서 사용가능한 치료용 약물로는, 일례로서 피임제, 고혈압치료제, 항우울제, 항생제, 진정제, 비스테로이성 소염제, 고지혈증치료제, 거담제, 스테로이드제, 항히스타민제, 진통제, 항관절염제, 해열제, 면역억제제, 단백질, 펩티드, 항암제, 항종양제, 신경안정제, 호르몬, 항당뇨병제, 항파킨슨제 및 항편두통제를 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 약물전달체에 주입될 수 있는 것이라면 어떤 것도 가능하다. 또한, 상기 약물의 염산염 및 그의 유도체가 함유될 수도 있다.
일례로서, 피임제를 치료용 약물로서 포함하는 본 발명의 생체분해성 약물전달체는 저장 전달 시스템인 일종의 피하 피임 임플란트인 Implanon®Organon International)의 대체물로서 사용될 수 있다.
또한 본 발명의 약물전달체에서 약물은, 약물전달체 전체 중량의 15 내지 40중량%로 존재한다. 상기 약물의 사용량이 15 중량% 미만이면 활성성분의 농도가 적어 투여되는 과립의 양이 많아 캡슐에 충진 양이 많아지고, 40 중량% 초과하면 활성성분의 농도가 높아 서방성을 조절하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 생체분해성 약물전달체는 기존의 폴리머 소재 기반의 약물전달체에 비해, 생체적합성이며, 균일한 표면 분해가 일어나고, 용도에 따라 약물의 방출 속도 제어가 가능하여, 사용하고자 하는 목적에 따라 적절한 방출 속도로 환자에게 약물을 공급할 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예 및 실험예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 이들은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 실시예 4: 생체분해성 마그네슘 합금의 제조
<실시예 1>
하기 표 1의 조성으로 마그네슘(시약용 초순도: 99.9999%)에 불순물(마그네슘 기준)을 혼합하여 스텐레스 강(SUS 410)으로 제작된 내부 직경 50mm의 도가니(Crucible)에 장입하였다. 이어서, 도가니 속의 마그네슘이 공기와 접촉하지 않도록 도가니 주위에 아르곤(Ar) 가스를 흘려주면서 저항 가열로를 이용하여 도가니 온도를 약 700℃에서 750℃ 범위로 올려 마그네슘을 용융하였다. 용융된 마그네슘과 불순물이 서로 잘 섞일 수 있도록 도가니를 흔들어 교반시켰다. 완전히 용융된 마그네슘을 냉각하여 고체 상태의 마그네슘을 제조하였다. 또한 냉각시킬 때에는 마그네슘의 기계적 강도를 향상시킬 목적으로 도가니를 물에 침지시켜 용융된 마그네슘이 급속히 냉각되도록 하였다.
Fe(ppm) Ni(ppm)
실시예 1-1 400 10
실시예 1-2 70 5
실시예 1-3 10 35
도 1은 실시예 1-1의 주조재의 단면을 연마하여 광학현미경으로 관찰한 사진이다.
<실시예 2>
하기 표 2의 조성으로 Mg-Ca 합금에 불순물(Mg-Ca 합금 기준)을 혼합한 후, 스텐레스 강(SUS 410)으로 제작된 내부 직경 50mm의 도가니(Crucible)에 장입하였다. 이어서, 도가니 속의 마그네슘 합금이 공기와 접촉하지 않도록 도가니 주위에 아르곤(Ar) 가스를 흘려주면서 저항 가열로를 이용하여 도가니 온도를 약 700℃에서 1000℃ 범위로 올려 마그네슘 합금을 용융하였다. 완전히 용융된 마그네슘 합금을 냉각하여 고체 상태의 마그네슘 합금을 제조하였다. 용융된 마그네슘 합금의 구성 원소들이 서로 잘 섞일 수 있도록 도가니를 흔들어 교반시켰다. 또한 냉각시킬 때에는 마그네슘 합금의 기계적 강도를 향상시킬 목적으로 도가니를 물에 침지시켜 용융된 마그네슘 합금이 급속히 냉각되도록 하였다.
Mg Ca Fe Ni
중량% 중량% ppm ppm
실시예 2-1 99.2 0.8 10 35
실시예 2-2 95 5 10 35
실시예 2-3 89.5 10.5 10 35
실시예 2-4 77 23 10 35
실시예 2-5 67 33 10 35
Mg: 시약용 초순도(99.9999%) 마그네슘
도 2는 실시예 2-5로 제조된 주조재의 외관사진이다.
도 3 내지 도 7은 각각 실시예 2-1 내지 실시예 2-5로 제조된 주조재의 단면을 연마하여 광학 현미경으로 관찰한 것이다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 실시예 2-1 내지 실시예 2-5로 제조된 주조재는 회색의 Mg이 대부분의 면적을 차지하며, 일부 짙은 회색의 Mg2Ca 화합물과 Mg 혼합영역이 약간 나타나고 있다. Ca의 양이 증가할수록 짙은 회색 부분(Mg2Ca 화합물과 Mg의 혼합영역 또는 공정영역이라고 함)의 면적이 증가한다. 그리고 실시예 2-1 내지 실시예 2-5로 제조된 주조재 모두에는 내부에 기공과 같은 결함이 없이 양호하게 제조되었음을 알 수 있다.
<실시예 3>
Mg를 67 중량%, Ca 33중량을 포함하는 마그네슘 합금을 가열로로 녹인 후 직경 약 3㎜의 미세한 구멍에 용융된 마그네슘 합금을 아르곤 가스로 분무하는 방법(일명, 가스 블로잉(gas blowing)법이라 함)으로 강제 주입하여 응고시키는 방법으로 급속 냉각된 마그네슘 합금 소재를 제조하였다. 이러한 방법을 사용할 경우 마그네슘 합금 소재는 상기 실시예 1, 2의 경우보다 훨씬 높은 속도로 냉각되어 매우 미세한 조직을 나타낸다.
도 8에는 상기 방법으로 제조된 Mg0.67Ca0.33 합금의 단면을 광학현미경으로 관찰한 것이다.
도 8을 참조하면, 도가니를 수중에 침지하여 냉각시키는 방법으로 제조된 마그네슘 합금 소재의 단면 광학 사진인 도 7과 비교해 볼 때 구성 상(phase)의 크기가 매우 미세하다는 것을 알 수 있다.
<실시예 4>
표 3의 기재된 조성으로 Mg-Ca 합금에 불순물(Mg-Ca 합금 기준)을 혼합한 후, 전술한 실시예 1과 같은 방법을 이용하여 제조한 후 이를 압출하였다. 압출온도는 Ca함량에 따라 달리하였으며 Ca량이 증가할수록 높여 압출이 용이하게 이루어지도록 하였다. 압출 온도는 최저 300℃, 최고 450℃ 범위에서 수행하였으며, 압출 전 후 단면적 감소 비율(압출비)은 15:1로 고정하였다.
Mg Ca Fe Ni
중량% 중량% ppm ppm
실시예 4-1 100 0.0 10 35
실시예 4-2 99.2 0.8 10 35
실시예 4-3 95 5 10 35
실시예 4-4 89.5 10.5 10 35
실시예 4-5 77 23 10 35
실시예 4-6 67 33 10 35
도 9은 압출에 따른 미세조직 변화를 나타낸 것으로서, 실시예 4-3(압출된 Mg0.95Ca0.05)의 길이 방향(좌)과 수평방향(우)의 단면을 광학현미경으로 관찰한 사진이다. 도 4의 주조재에서 보이는 장미꽃잎 모양의 미세조직이 압출시 변형되었음을 확인할 수 있다.
<실시예 5>
실시예 1, 2에서 제조된 합금을 직경 3인치, 두께 5mm의 원판(타겟)으로 가공한 후, 이를 진공 챔버 내부에 설치하고 RF 전원을 가하여 스퍼터링(sputtering)하는 방법으로 Ti 합금 모재 표면에 마그네슘 합금 코팅층을 형성하였다.
도 10은 상기 방법에 의해 코팅막이 형성된 생체 소재(Ti 합금)를 굽힘 충격을 가하여 코팅 단면이 드러나도록 절단한 후 전자 현미경으로 관찰한 것이다. 코팅층의 두께는 약 5㎛ 이고, 코팅막이 수직 방향으로 성장한 것을 볼 수 있으며, 마그네슘 합금 코팅 표면에 요철이 생겨있음을 확인할 수 있다.
도 11은 Ti6V4Al합금 위에 실시예 5에 의해 형성된 마그네슘 합금계 코팅막 표면을 다이아몬드 팁(tip)으로 긁은 다음 전자현미경으로 관찰한 사진이다. 도 16에 있어서, 위 사진은 표면 세정 없이 코팅한 시편, 중간 사진은 약 1분간 플라즈마 분위기에서 표면 세정 후 코팅한 시편, 아래 사진은 약 2분간 플라즈마 분위기에서 표면 세정한 후 코팅한 시편의 사진이다. 표면 세정 없이 코팅했을 경우에는 코팅막이 외부 응력에 의해 다이아몬드 팁이 지나간 주위가 약간 박리되는 현상이 발생하였으나, 표면을 깨끗이 세정한 후 코팅하였을 경우 코팅 막은 외부 응력에 의해 박리되지 않음을 알 수 있다.
시험예 1: 마그네슘 합금의 특성 평가
<마그네슘 합금의 강도측정실험>
본 발명의 마그네슘 합금 소재의 강도 실험을 위해 실시예 1 및 2에서 제조된 마그네슘 합금 소재를 방전 가공하여 지름 3㎜와 길이 6㎜ 형태로 가공하였다. 방전 가공된 시편의 아래면과 윗면을 1000번 에머리 페이퍼(emery paper)로 폴리싱하여 면의 수평을 맞추었다. 가공된 테스트용 시편을 초경(텅스텐 카바이드)으로 제조된 지그 위에 수평으로 세운 후 최대 하중 20톤의 압축시험기의 헤드를 이용하여 시편 위 방향으로부터 힘을 가하였다. 이때 헤드의 수직 하강 속도는 10-4/s로 하였다. 시험 도중 압축시험기에 장착된 변형량 측정기(extensometer) 및 응력 측정기(load cell)을 이용하여 실시간으로 변형량 및 압축 응력 변화량을 기록하였다. 이때 시편의 크기가 작아 변형량 측정기는 시편에 장착하지 않고 시편을 누르는 시험기의 지그에 장착하여 실제 시편의 변형량보다 크게 측정되었다.
도 12는 마그네슘 합금 중의 칼슘의 농도를 변화시켜 제조한 본 발명의 마그네슘 합금에 대한 강도 측정 실험의 결과를 나타내는 그래프이다. 도 12의 결과에 의하면 마그네슘 합금에서 칼슘의 함유량이 증가할수록 합금의 강도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 한편, Ca 첨가량이 22%에서 33%로 증가하면 마그네슘 합금은 오히려 낮은 응력에서 파괴되는 것을 알 수 있다.
도 13은 주조재를 압출한 후 압축강도를 측정한 결과이다. 압출에 의해 대부분의 Mg-Ca합금의 항복 강도(직선에서 곡선으로 굽어질 때의 강도)가 증가하였으나, Ca양이 23%로 높을 경우에는 항복 강도가 오히려 크게 감소하였다. 이와 같은 이유는 Mg 기지 조직에 다량 분포하고 있던 취성이 강한 Mg2Ca가 압출 과정에서 깨지거나 Mg기지 조직과 분리되어 결함으로 존재하기 때문이다. Ca량이 33%로 높아질 경우 합금소재 거의 대부분이 취성이 강한 Mg2Ca상으로 이루어져 있기 때문에 압출전후에 강도 변화는 미미하다.
<마그네슘 합금의 부식속도 실험>
마그네슘 합금의 부식 특성을 평가하기 위하여 Potentio Dynamic Test법을 사용하였다. 우선 주조법으로 제조된 마그네슘 합금 소재를 절단한 후 표면을 1000번 에머리 페이퍼로 연마하였다. 연마된 마그네슘 합금 소재 표면에 1cm2의 면적을 제외한 부분은 절연물질로 도포하였다. 이어서, 양극에 마그네슘 합금을, 음극에 Pt와 기준(reference)인 Ag-AgCl을 연결한 다음, 부식액에 양극과 음극을 침지한 후 점차 전압을 올리면서 전류를 측정하였다. 상기 부식액은 1리터의 물에 하기 표 4에 표시된 물질들을 혼합한 용액을 사용하였다. 시험이 진행되는 동안 용액 온도는 37℃가 유지되도록 하였다. 부식 시험에 사용된 부식액의 조성은 전체 용량 1 리터 기준이다.
성분명 중량(g)
NaCl (염화나트륨) 8
KCl (염화칼륨) 0.4
NaHCO3(Sodium Hydrogen Carbonate) 0.35
NaH2PO4·H2O (A430846 420) 0.25
Na2HPO4·2H2O (K32618380 408) 0.06
MgCl2 (염화마그네슘) 0.19
MgSO4·7H2O (Magnesium Sulfate Heptahydrate) 0.06
글루코오스 (Glucose) 1
CaCl2·2H2O (Calcium Chloride Dihydrate) 0.19
도 14는 다양한 조성으로 제조한 마그네슘-칼슘계 합금의 부식실험 결과를 나타내는 그래프이다. 도 14에서 Cast는 주조(Cast)한 시편, Extruded는 압출(Extrusion)한 시편, H는 불순물 Fe가 0.04%이고 Ni이 0.001%, M는 불순물 Fe가 0.07%이고 Ni이 0.0005%, L은 불순물 Fe가 0.001%이고 Ni이 0.0035%인 소재를 의미한다. 마그네슘 합금은 칼슘의 함유량이 증가함에 따라 부식속도도 증가하며, 순수 Mg에서는 불순물 Fe의 농도가 부식속도를 결정하는 중요한 요소로서 Fe양이 증가하면 부식속도도 증가함을 알 수 있다. 또한 압출에 의해 미세조직이 미세화되고, 균질화됨으로써 부식속도가 크게 감소함을 알 수 있다. 따라서, 압출 등에 따른 가공, 불순물 농도 및 첨가원소인 Ca의 양을 조정하여 원하는 부식속도를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 참고로 내식성 고강도 소재로 개발되어 판매되고 있는 AZ91(Mg-9%Al-1%Zn) 합금 주조재 및 압출재의 부식 속도를 비교 데이터로 제시하였다. 불순물 제어, 첨가원소 제어 및 2차 가공(압출 등)에 의해, 기존에 알려진 Mg 합금 중 내식성이 매우 우수한 재료인 AZ91에 근접한 부식속도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
도 15는 Mg 합금의 부식속도와 강도를 동시에 도시한 그림이다. 도 13으로부터 Mg에 불순물의 농도, Ca첨가량, 압출과 같은 2차 가공에 의하여 부식 속도 및 압축 강도 제어가 가능하며, 적용하고자 하는 일회용품의 종류 그에 따른 요구 특성에 맞게 소재를 선정할 수 있다.
실시예 6 및 실시예 7: 생체분해성 마그네슘 합금이 충진된 다공성 구조체의 제조
<실시예 6>
용매로 에탄올 200㎖, 바인더로는 PVB(Poly vinyl butyral-co-vinyl alcohol-co-vinyl acetate) 6g, 분산제로는 트리에틸 포스페이트(Triethyl Phosphate) 99.8% 6㎖, 생체적합성 세라믹으로 알루미나(Alumina) 50g을 혼합한 후 스터러를 이용하여 2시간 정도 섞어 준다. 상기 용액과 지르코니아 볼을 채우고 24시간 정도 볼밀링을 실시한 후 적절한 크기와 모양으로 자른 폴리우레탄을 상기 용액에 담근 후 꺼내어 상온에서 회전시켜 상기 용액에 의해 기공이 막히는 것을 방지한다. 다음 단계로는 5분 정도 대기 중에서 건조시켜 폴리우레탄 폼(foam)부재에 고농축된 알루미나가 묻도록 한다. 상기한 바와 같은 용액 내 침지 및 건조 과정을 반복하여 폴리우레탄의 골격 구조체에 50-1000㎛ 두께의 알루미나 혼합물막이 형성되도록 한다. 다음 단계로는 건조된 폼(foam)재를 섭씨 60℃ 정도의 오븐에서 10분 정도 건조 시키고, 열처리를 거친다. 열처리 조건은 분당 5℃ 정도의 온도 증가로 섭씨 800℃ 도달 후 3시간(폴리우레탄 기화), 같은 온도 상승 조건으로 1000~1500℃로 도달 후(파우더에 따른 소결온도) 3시간 정도 유지하였다.
도 16은 상기와 같이 제조된 직경 3㎝, 높이 4㎝의 알루미나 다공성 구조체의 외관형상이다.
상기한 방법으로 제조된 알루미나 다공성 구조체에 다음과 같은 방법으로 마그네슘을 함침시켰다. 우선 진공 챔버 내부에 설치한 저항 가열로에 마그네슘(제조사: Timminco Metals, 상품명: PURCH Mangnesium ASTM 99.98% INGOT)을 1kg 장입하였다. 상기 가열로 아래에는 직경 3㎝ 통로가 있는 금속 몰드를 설치하고, 내부 통로에 상기 제조된 알루미나 다공성 구조체를 위치시켰다. 진공 챔버 내부를 10-4 torr 이하가 되도록 진공분위기를 형성한 후 99.99%이상의 고순도 아르곤을 주입시켰다. 고순도 아르곤 분위기 하에서 마그네슘 용융액 온도가 섭씨700℃가 되도록 가열하고, 금속 몰드는 섭씨 500℃가 되도록 가열한 후 가열로에 설치된 스토퍼(stopper)를 제거하여 용융된 마그네슘이 금속 몰드에 위치한 알루미나 다공성 구조체로 흘러들도록 하여 마그네슘으로 기공이 충진된 알루미나를 제조하였다.
도 17은 상기한 방법에 의해 제조된 마그네슘이 충진된 알루미나의 외관형상이다. 또한, 도 18에 마그네슘이 충진된 알루미나의 단면을 확대하여 관찰한 사진을 나타내었다. 회색이 함침된 마그네슘 금속이며, 상대적으로 어두운 회색 부분은 알루미나 다공성 구조체를 나타낸다.
<실시예 7>
직경 100-200㎛ 크기의 Ti구형분말을 전도성 전극 사이에 위치시킨 후 450 ㎌ 캐패스터(capacitor)에 1.0kJ, 1.5kJ의 조건으로 충전된 전압을 고진공 스위치를 사용하여 순간적으로 방전시켜 방전시 통과한 전압과 전류를 조절함으로써 빠른 시간 내에 소결(sintering)이 되도록 하는 회전전극(Rotating electrode) 공법으로 제조된 Ti 다공성 구조체를 사용하였다. 내경 4.0㎜의 석영(quartz) 튜브 아래쪽에 구리 전극 봉을 장착하고 선별된 티타늄 분말 0.7g을 주입한 후 바이브레이터를 이용하여 분말과 분말이 잘 패킹(packing)될 수 있도록 하였으며, 위쪽의 구리 전극 봉은 자동 로딩 장치에 의해 10kg의 하중을 가하여 분말 위쪽에 연결시킨 후 방전이 이루어지는 챔버 내를 2x10-3 torr 정도의 진공으로 유지시키면서 저진공 방전을 실시하였다. 방전 시 분말을 통과한 전압과 전류는 각각 고전압 프로브(probe)와 고전류 프로브를 사용하여 실시간 측정하면서 다공체의 구조를 제어하였다.
도 19는 Mg금속으로 충진된 Ti 구조체를 제조를 위해 사용된 다공성 구조체 외관이다.
상기한 Ti 다공성 구조체의 기공에 마그네슘을 함침시키기 위해서 다음의 과정을 거쳤다. 마그네슘(제조사: Timminco Metals, 상품명: PURCH Mangnesium ASTM 99.98% INGOT)을 스텐레스 강(SUS 410)으로 제작된 내부 직경 50mm의 도가니(Crucible)에 장입하였다. 이어서, 도가니 속의 마그네슘이 공기와 접촉하지 않도록 도가니 주위에 아르곤(Ar) 가스를 흘려주면서 저항 가열로를 이용하여 도가니 온도를 약 700℃에서 750℃ 범위로 올려 마그네슘을 용융하였다. 용융된 마그네슘이 서로 잘 섞일 수 있도록 도가니를 흔들어 교반시켰다. 용융된 마그네슘에 섭씨 200℃ 정도로 예열된 다공성 구조체를 침지하여 약 5분간 침지상태를 유지한 후 도가니를 꺼내어 수냉시켰다.
도 20은 완전히 식은 도가니로부터 다공성 구조체가 포함된 시편을 꺼내어 다공성 구조체가 위치한 부위를 전달 및 연마한 후 관찰한 단면사진이다. 짙은 회색 부분이 다공성 구조체의 티타늄이며, 상대적으로 옅은 회색 부분이 기공을 충진한 마그네슘이다. 도 20에 나타낸 바와 같이, 용융된 마그네슘계 합금에 다공성 구조체를 침지하는 방법에 의해서도 용이하게 마그네슘으로 기공이 충진된 구조체가 제조될 수 있음을 알 수 있다.
시험예 2: Mg합금이 함침된 알루미나 구조체의 강도측정실험
본 발명에 따른 실시예 6의 마그네슘이 충진된 구조체의 강도변화를 평가하기 위해 실시예 6에서 제조된 마그네슘 충진 알루미나 소재의 표면을 1000회 동안 에머리 페이퍼(emery paper)로 연마한 후 압축/인장시험기 하판에 위치하였다. 다음에 직경 3㎜, 팁 경사가 45도인 팁(tip)을 인장/압축시험기의 이동 헤드에 붙인 후 1㎜/분의 속도로 하강시켜 시편의 표면을 눌렀다. 이때 팁의 이동 거리는 최대 2㎜로 한정하였다.
도 21은 본 발명에서 제조한 알루미나 폼 표면을 상기 기술한 압축시험용 팁으로 누르는 장면과 팁의 개략도이다.
도 22는 상기한 방법으로 마그네슘계 합금을 충진하지 않은 알루미나 다공성 구조체의 압축 강도를 측정한 결과 그래프이다. 최대 2.2N 정도의 힘이 테스트 시편에 인가되었으며, 압축시험용 팁이 전진할 때 다공성 구조체가 파손되면서 시편이 받는 강도가 불규칙적으로 변하는 것을 알 수 있다.
도 23은 마그네슘계 합금을 충진한 알루미나 구조체의 압축 강도를 측정한 결과 그래프이다. 압축시험용 팁이 테스트 시편 표면에 깊이 침투함에 따라 테스트 시편에 부과되는 힘은 1500N으로 상승하였다. 이는 마그네슘계 합금으로 기공을 충진하지 않는 알루미나 폼 소재의 강도에 비해 680배 정도 향상된 값이다.
실시예 8, 실시예 9 및 비교예 1: 망간(Mn), 철(Fe) 및 니켈(Ni)을 포함하는 불순물 총합이 마그네슘 100중량부에 대하여, 0초과 1중량부 이하이고, {철(Fe)+니켈(Ni)}/망간(Mn)이 0초과 5이하인 생체분해성 마그네슘 합금의 제조
하기 표 5에 기재된 함량의 철, 니켈, 알루미늄, 망간 및 마그네슘을 스텐레스강(SUS 410)으로 제작된 내부직경 50㎜의 도가니에 장입하였다. 이어서, 도가니 속의 철, 니켈, 망간, 알루미늄 및 마그네슘이 공기와 접촉되지 않도록, 도가니 주위에 아르곤 가스를 흘려주면서, 저항가열로를 이용하여 도가니 온도를 약 700℃에서 750℃ 범위로 올려 철, 니켈, 알루미늄, 망간 및 마그네슘을 용융하였다. 용융된 철, 니켈, 알루미늄, 망간 및 마그네슘이 서로 잘 섞일 수 있도록 도가니를 흔들어 교반시켰다. 완전히 용융된 마그네슘 합금을 냉각하여, 고체상태의 마그네슘 합금을 제조하였다. 또한, 냉각시킬 때에는, 마그네슘의 기계적 강도를 향상시킬 목적으로 도가니를 물에 침지시켜 용융된 마그네슘 합금이 급속히 냉각되도록 하였다.
상기 고체상태의 마그네슘 합금을 압출하였고, 압출온도는 400℃이었으며, 압출 전후의 단면적 감소비율(압출비)을 15:1로 고정하였다.
Fe(중량부) Ni(중량부) Al(중량부) Mn(중량부) Mg(중량부) (Fe+Ni)/Mn
실시예 8 0.0014 0.0002 0.0021 0.0015 100 2.26
실시예 9 0.0092 0.0027 0.0043 0.0380 100 0.313
비교예 1 0.0214 0.0027 0.0053 0.0036 100 6.69
시험예 3: 생체분해성 마그네슘의 부식속도 평가
실시예 8, 실시예 9 및 비교예1의 생체분해성 마그네슘 합금을 하기 표 6의 조성을 갖는 용액에 침지하여, 침지시간에 따른 수소 발생량으로 부식속도를 평가하였고, 결과를 도 24에 나타내었다.
몰농도[mM/L] 질량[g]
CaCl2 2H2O 1.26 0.185
KCl 5.37 0.400
KH2PO4 0.44 0.060
MgSO4 7H2O 0.81 0.200
NaCl 136.89 8.000
Na2HPO4 2H2O 0.34 0.060
NaHCO3 4.17 0.350
D-Glucose 5.55 1.000
도 24을 참조하면, 실시예 8은 50시간이 경과한 후부터 수소가 발생하고, 실시예 9는 침지초기부터 200시간이 경과한 시점까지, 수소가 거의 발생하지 않아, 생체분해성 마그네슘 합금의 부식이 거의 발생하지 않음을 알 수 있다. 반면에, 비교예 1은 침지초기부터 수소가 발생함을 알 수 있다. 이러한 결과에 따라, {철(Fe)+니켈(Ni)}/망간(Mn)이 0초과 5이하인 실시예 1 및 실시예 2가 생체분해성 마그네슘 합금의 분해속도가 가장 느린 것을 알 수 있다.
실시예 10 내지 실시예 18 및 비교예 2 내지 비교예 5: 생체분해성 마그네슘 합금의 제조
하기 표 7에 기재된 함량의 마그네슘, 칼슘, 망간 및 아연을 스텐레스강(SUS 410)으로 제작된 내부직경 50㎜의 도가니에 장입하였다. 이어서, 도가니 속의 마그네슘, 칼슘, 망간 및 아연이 공기와 접촉되지 않도록, 도가니 주위에 아르곤 가스를 흘려주면서, 저항가열로를 이용하여 도가니 온도를 약 700℃에서 750℃ 범위로 올려 마그네슘, 칼슘 및 망간을 용융하였다. 용융된 마그네슘, 칼슘 및 망간이 서로 잘 섞일 수 있도록 도가니를 흔들어 교반시켰다. 완전히 용융된 마그네슘 합금을 냉각하여, 고체상태의 마그네슘 합금을 제조하였다. 또한, 냉각시킬 때에는, 마그네슘의 기계적 강도를 향상시킬 목적으로 도가니를 물에 침지시켜 용융된 마그네슘 합금이 급속히 냉각되도록 하였다.
상기 고체상태의 마그네슘 합금을 압출하였고, 압출온도는 400℃이었으며, 압출 전후의 단면적 감소비율(압출비)을 15:1로 고정하였다.
Mg(중량%) Ca(중량%) Mn(중량%) Zn(중량%)
실시예 10 89 10 1 -
실시예 11 88.98 9.99 - 1.03
실시예 12 86.29 10.8 - 2.91
실시예 13 84.42 10.7 - 4.88
실시예 14 94.88 4.62 - 0.50
실시예 15 94.52 4.72 - 0.76
실시예 16 93.86 4.51 - 1.63
실시예 17 92.44 4.56 - 3.00
실시예 18 91.23 4.65 - 4.12
비교예 2 95 5 - -
비교예 3 89.9 10.1 - -
비교예 4 제조사:TIMMINCO사, 순도 99.98% Mg
비교예 5 AZ91: Al: 8.5~9.5%, Zn: 0.45~9%, Mg
시험예 1: 생체분해성 마그네슘 합금의 기계적 강도 평가
압출전의 생체분해성 마그네슘 합금의 기계적 강도평가 결과를 도 25에 나타내었고, 압출후의 생체분해성 마그네슘 합금의 기계적 강도평가 결과를 도 26에 나타내었다.
도 25 및 도 26을 참조하면, 실시예 11이 비교예 3에 비해 강도가 220㎫에서 180㎫으로 약간 떨어졌으며, 압출 후에도 320㎫에서 280㎫으로 약간 떨어졌음을 알 수 있다. 하지만, 280㎫는 부하를 받는 일회용품에 충분히 적용가능한 값이므로, 제품적용에 전혀 무리가 없다. 또한, 압출후, 연신율이 12%에서 16%로 증가하였는데, 이는 생체분해성 마그네슘 합금이 외부로부터 강한 충격을 받았을 때 견디는 성능이 우수함을 의미한다.
또한, 실시예 10은 강도가 220㎫에서 170㎫으로 떨어졌으나, 압출 후 비교예 2과 동등한 320㎫을 유지하였다. 연신율도 압출전 12%에서 압출후 17%로 증가하여 기계적 측면에서도 비교예 3과 동등 이상을 유지하고 있다.
시험예 2: 생체분해성 마그네슘 합금의 부식속도 평가
일반적으로 생체분해성 마그네슘 합금의 부식속도는 생체 모사용액에서 수소발생량으로 측정한다. 이는 마그네슘이 생체분해되면 수소가 발생하기 때문이다.
실시예 10 내지 실시예 18, 비교예 2 내지 6의 생체분해성 마그네슘 합금을 하기 표 8의 조성을 갖는 용액에 침지하여, 침지시간에 따른 수소 발생량으로 부식속도를 평가하였다.
도 27은 실시예 10, 실시예 11 및 비교예 3의 침지시간에 따른 수소발생량의 결과를 나타내었고, 도 28는 실시예 11 내지 실시예 13의 침지시간에 따른 수소발생량의 결과를 나타내었고, 도 29는 실시예 14 내지 실시예 18, 비교예 3 및 비교예 5의 침지시간에 따른 수소발생량의 결과를 나타내었다. 도 30은 아연함량에 따른 수소발생량의 결과를 나타내었다.
몰농도[mM/L] 질량[g]
CaCl2 2H2O 1.26 0.185
KCl 5.37 0.400
KH2PO4 0.44 0.060
MgSO4 7H2O 0.81 0.200
NaCl 136.89 8.000
Na2HPO4 2H2O 0.34 0.060
NaHCO3 4.17 0.350
D-Glucose 5.55 1.000
도 27를 참조하면, 비교예 3은 5시간 이후 급속분해가 시작되지만, 실시예 10은 17시간이 지난 후, 급속분해가 시작됨을 알 수 있다. 또한, 실시예 10은 침지 후 30일이 경과하여도 급격한 부식현상이 발생하지 않았다. 따라서, 본 발명에 따른 생체분해성 마그네슘 합금은 비교예 3에 비해 내식성이 우수함을 알 수 있다.
도 28 및 29를 참조하면, Zn 함량에 따른 부식속도를 알 수 있는데, 아연 함량이 증가할수록 부식속도가 증가함을 알 수 있다.
도 30을 참조하면, 수소 발생량 0.5ml/cm2 이 될 때의 Zn함유량별 부식 속도를 보여주었다. 부식속도를 보면 본 합금의 최적 조성은 0.1~5% 이나 바람직하게는 0.1~3%라 할 수 있다. 그 이유는 부식 속도 동일한 구간이 존재하나, 인체에 혹시라도 모를 Zn 부작용을 고려한다면 동일 부식 속도를 구현 한다는 가정하에 Zn 의 함유량이 적은게 좋을 것으로 판단한다.
도 31은 61시간 동안 표 8의 용액 속에 방치시킨 실시예 14의 생체분해성 마그네슘 합금 시편의 표면을 나타낸 전자현미경 사진이고, 도 32는 도 31에서 나타낸 실시예 14의 생체분해성 마그네슘 합금 시편을 EDS로 분석한 표면 사진이다. 도 33은 도 31에서 나타낸 실시예 14의 생체분해성 마그네슘 합금 시편에 나타난 부식물을 제거한 사진이다.
도 31 및 도 32를 참조하면, 표면에 부식물이 생성되었음을 알 수 있다. 상기 부식물에 대해 분석해본 결과 구성요소는 표 9에 나타내었다.
구성요소 Mass(%) Atom(%)
0 33.076 52.0767
Mg 5.580 5.7816
P 19.398 15.7781
Ca 41.946 26.3635
합계 100.000 100.0000
표 9를 참조하면, 부식물의 구성요소로 산소가 측정된 것으로 보아, 실시예 14의 생체분해성 마그네슘 합금 시편이 산화되었다는 것을 알 수 있고, 인과 칼슘은 생체모사 용액에서 유래되었을 것이라 예측할 수 있다. 따라서, 인과 칼슘을 포함하는 부식물로 인해 골의 결합효과가 증대될 것이라는 것을 예측할 수 있다.
도 33은 도 31 및 도 32에 나타난 부식물을 제거한 것을 나타낸 사진으로서, 부식물이 제거된 실시예 14의 생체분해성 마그네슘 합금 시편을 분석한 결과를 표 10에 나타내었다.
구성요소 Mass(%) Atom(%)
0 7.749 11.4133
Mg 90.178 87.4252
P 0.521 0.3968
Ca 0.903 0.5305
Zn 0.649 0.2342
합계 100.000 100.0000
표 10을 참조하면, 부식물이 제거된 뒤에도 인과 칼슘이 남아 있는 것을 알 수 있다. 이로 인해 생체모사용액에서 유래된 인과 칼슘은 쉽게 제거되지 않음을 알 수 있다.
도 34는 61시간 동안 표 8의 용액 속에 방치시킨 실시예 14의 생체분해성 마그네슘 합금 시편의 단면도이고, 도 35는 도 34의 사진을 확대한 사진이고, 도 36은 61시간 동안 표 8의 용액 속에 방치시킨 실시예 14의 생체분해성 마그네슘 합금 시편을 WDS(제조사: JEOL, 제품명: JXA-8500F)로 촬영한 사진이다.
도 34 내지 도 36을 참조하면, 마그네슘 사이에 밝은색 선처럼 생긴 것은 Mg2Ca이고, 짙은색 선처럼 생긴 선은 부식된 영역임을 알 수 있다. 검은색 선이 서서히 마그네슘에 파고들면서 부식이 진행됨을 알 수 있다.
도 37은 61시간 동안 표 8의 용액 속에 방치시킨 실시예 15의 생체분해성 마그네슘 합금 시편의 단면도이다.
도 38은 61시간 동안 표 8의 속에 방치시킨 실시예 15의 생체분해성 마그네슘 합금 시편을 WDS(제조사: JEOL, 제품명: JXA-8500F)로 촬영한 사진이다.
도 37 및 도 38을 참조하면, Mg-Ca-Zn의 화합물이 Mg2Ca(Zn)을 감싸준다는 것을 알 수 있고, 아연의 함량이 증가할 때, Mg2Ca에 아연이 더 함유된다는 것을 알 수 있다.
시험예 3: 생체분해성 마그네슘 합금의 부식속도 평가
실시예 14 내지 실시예 18 및 비교예 2의 생체분해성 마그네슘 합금 시편의 항복강도, 파괴강도 및 연신율을 측정하여 표 11에 나타내었다.
항복강도/파괴강도 연신율(%)
실시예 14 84±3/180±10 11.8±0.4
실시예 15 107±2/240±15 13.9±1.5
실시예 16 97±2/203±10 9.5±1
실시예 17 103±2/255±14 12.2±0.6
실시예 18 109±2/247±11 14.6±2
비교예 2 87±3/180±10 10.5±0.3
시험예 4: 생체분해성 마그네슘 합금에 초음파를 적용했을 때의 부식속도 평가
실시예 15의 생체분해성 마그네슘 합금 시편을 가로 9.65㎝, 세로 19.66㎝, 두께1.18㎝로 절단 하여 2개의 시편으로 준비하였다. 2개의 시편에 초음파를 적용한 후, 표 8의 용액에 3시간 동안 침지시키고 수소 발생량을 측정하여 도 39 및 도 40에 나타내었다.
도 39 및 도 40을 참조하면, 초음파를 적용한 시편이 수소발생량이 많아 부식이 좀 더 빨리 발생하는 것을 알 수 있다.
<실시예 19>
마그네슘 및 금속의 전체 중량을 100으로 하였을 때, 0 내지 40중량%의 금속, 즉 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 구리(Cu), 카드뮴(Cd), 지르코늄(Zr), 은(Ag), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 레늄(Re), 철(Fe), 아연(Zn), 몰리브덴(Md), 니오븀(Nb), 탄탈(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 규소(Si), 인(P) 및 셀레늄(Se)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상 및 잔부의 함량을 갖는 마그네슘을 스테인리스강(SUS 410)으로 제조된 내부직경 50㎜의 도가니에 장입하였다. 이어서, 도가니 속의 마그네슘 및 금속이 공기와 접촉되지 않도록, 도가니 주위에 아르곤 가스를 흘려주면서, 저항가열로를 이용하여 도가니 온도를 약 700℃에서 750℃로 올려 마그네슘 및 금속을 용융하였다. 용융된 마그네슘 및 금속이 서로 잘 섞일 수 있도록 도가니를 흔들어 교반시켰다. 완전히 용융된 마그네슘 합금을 냉각하여, 고체상태의 마그네슘 합금을 제조하였다. 또한, 냉각시킬 때에는, 마그네슘의 기계적 강도를 향상시킬 목적으로 도가니를 물에 침지시켜 용융된 마그네슘 합금이 급속히 냉각될 수 있도록 하였다.
상기 고체상태의 마그네슘 합금을 압출하였고, 압출온도는 400℃였으며, 압출 전후의 단면적 감소비율(압출비)을 15:1로 고정하였다.
부식 실험
실시예 19의 생체분해성 마그네슘 합금 시편을 1㎝ x 1㎝ x 1㎝로 절단하여, 생체모사액(Hank's solution), 5% NaCl 수용액, 및 탈이온수에 침지하고 72시간, 144시간 및 168시간째에 부식 정도를 촬영하고(도 42 참조), 육안으로 평가하였다.
도 42에 나타난 바와 같이, 생체모사액 및 5% NaCl 수용액에 침지된 시편은 시간 의존적으로 부식이 진행됨을 알 수 있었으나, 탈이온수에서는 부식 현상이 발생하지 않음을 알 수 있었다.
생체 실험
체중 200g의 웅성 SD 랫트를 실험동물로 사용하였다. 랫트의 대퇴골에 임플란트 모터로 통상의 과정대로 마그네슘 합금 로드가 식립될 식립와(hole)를 형성하고, 상기 실시예 19에서 제조된 마그네슘 합금 로드를 식립와에 식립하였다. 식립 후 2주, 4주, 6주째에 혈액을 채취하여 칼슘, 인, 헤모글로빈, Hct 적혈구 용적치, 백혈구, AST 간기능 효소, ALT 간기능 효소, BUN 혈액 요소 질소, 알칼리 포스파타아제의 변화수치를 측정하고, 측정된 상대적 수치를 도 43에 나타내었다. 도 43을 통하여, 마그네슘계 합금 로드가 생체 내에 적용된 경우와 마그네슘계 합금이 생체 내에 적용되지 않은 대조군(control)를 상대적으로 비교할 때, 전신반응에서 거의 차이가 없어 본 발명의 마그네슘 합금이 생체 내에서 분해되어도 별다른 문제점을 일으키지 않는다는 것을 알 수 있다.

Claims (8)

  1. 생체분해성 마그네슘 합금; 및
    치료용 약물
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분해성 약물전달체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 생체분해성 마그네슘 합금은 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 생체분해성 약물전달체:
    <화학식 1>
    Mg-A
    상기 화학식 1에서, A는 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 구리(Cu), 카드뮴(Cd), 지르코늄(Zr), 은(Ag), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 레늄(Re), 철(Fe), 아연(Zn), 몰리브덴(Md), 니오븀(Nb), 탄탈(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 규소(Si), 인(P) 및 셀레늄(Se)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상이다.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 생체분해성 마그네슘 합금은 하기 화학식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는 생체분해성 약물전달체:
    <화학식 2>
    MgaCabXc
    상기 화학식 2에서,
    a, b 및 c는 각 성분의 몰비로서, a+b+c=1이고, 0.5≤a＜1, 0≤b≤0.4, 0≤c≤0.4이고, 단, b와 c 중 적어도 하나는 0을 초과하고, c가 0일 경우, Ca의 함량이 상기 생분해성 마그네슘 합금 총 중량에 대하여 5 내지 33중량%로 포함되고,
    X는 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 크롬(Cr), 망간(Mn), 아연(Zn), 규소(Si), 인(P), 니켈(Ni) 및 철(Fe) 중에서 선택되는 1종 이상이다.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 생체분해성 마그네슘 합금은 마그네슘(Mg)과; 불순물로 망간(Mn)과; 철(Fe), 니켈(Ni) 및 철(Fe)과 니켈(Ni)의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종을 포함하고, 상기 불순물의 함량이 상기 마그네슘 100중량부에 대하여 0초과 1중량부 이하이고, {철(Fe), 니켈(Ni), 철(Fe)과 니켈(Ni)의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종}/망간(Mn)=0초과 5이하인 것을 특징으로 하는, 생체분해성 약물전달체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 생분해성 마그네슘 합금은 하기 화학식 3으로 표시되고, 총 중량에 대하여, Ca은 0 초과 23 중량% 이하; Y는 0 초과 10 중량% 이하; 및 Mg은 잔량을 포함하는 것을 특징으로 하는, 생체분해성 약물전달체:
    <화학식 3>
    Mg-Ca-Y
    상기 화학식 3에서, Y는 Mn 또는 Zn이다.
  6. 청구항 1에 있어서,
    경구투여 또는 비경구투여 형태인, 생체분해성 약물전달체.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 경구투여 형태는 정제, 캡슐, 과립, 및 환제를 포함하는 군으로부터 선택되는 것인, 생체분해성 약물전달체.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 비경구투여 형태는 페이스트(paste), 입자(particle) 및 피하 이식용 임플란트를 포함하는 군으로부터 선택되는 것인, 생체분해성 약물전달체.
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