KR20120117584A - 생체 분해성 임플란트 및 이의 제조 방법 - Google Patents

생체 분해성 임플란트 및 이의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120117584A
KR20120117584A KR1020110035410A KR20110035410A KR20120117584A KR 20120117584 A KR20120117584 A KR 20120117584A KR 1020110035410 A KR1020110035410 A KR 1020110035410A KR 20110035410 A KR20110035410 A KR 20110035410A KR 20120117584 A KR20120117584 A KR 20120117584A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
magnesium
polymer
ceramic
biodegradable implants
Prior art date
Application number
KR1020110035410A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101375473B1 (ko
Inventor
김현이
조지훈
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020110035410A priority Critical patent/KR101375473B1/ko
Publication of KR20120117584A publication Critical patent/KR20120117584A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101375473B1 publication Critical patent/KR101375473B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/0077—Special surfaces of prostheses, e.g. for improving ingrowth
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/02—Inorganic materials
    • A61L27/04—Metals or alloys
    • A61L27/047—Other specific metals or alloys not covered by A61L27/042 - A61L27/045 or A61L27/06
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/28—Materials for coating prostheses
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/40—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
    • A61L27/44—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/0077—Special surfaces of prostheses, e.g. for improving ingrowth
    • A61F2002/0081—Special surfaces of prostheses, e.g. for improving ingrowth directly machined on the prosthetic surface, e.g. holes, grooves

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

본 발명은 마그네슘층, 상기 마스네슘층 상에 형성된 폴리머층 및 상기 폴리머층 상에 형성된 세라믹층을 포함함으로써, 생체 분해속도를 조절할 수 있고, 생체 적합성을 증진시키며, 임플란트의 변형에 있어서 보다 안정적인 구조를 제공할 수 있는 생체 분해성 임플란트 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

생체 분해성 임플란트 및 이의 제조 방법{Biodegradable implant and method for manufacturing the same}
본 발명은 생체 분해성 임플란트 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 마그네슘층, 상기 마스네슘층 상에 형성된 폴리머층 및 상기 폴리머층 상에 형성된 세라믹층을 포함함으로써, 생체 분해속도를 조절할 수 있고, 생체 적합성을 증진시키며, 임플란트의 변형에 있어서 보다 안정적인 구조를 제공할 수 있는 생체 분해성 임플란트 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
생체 내에서 자연적으로 분해 및 흡수될 수 있는 생체 분해성 재료가 생체재료의 새로운 패러다임으로 고려되고 있다. 생체 분해성 재료를 사용함으로써 응력 차폐현상(stress shielding), 독성 금속 이온들의 축적 및 외주 삽입 재료의 제거를 위한 2차적 수술 등 영구 생체재료에 의하여 유발되는 문제들이 해결될 수 있다.
특히, 생체 내에서 분해 및 흡수됨으로써 2차적 제거 시술이 필요없는 임플란트 소재로서 마그네슘 및 마그네슘 합금에 관한 연구가 널리 이루어지고 있는 실정이다.
이러한 마그네슘 및 마그네슘 합금과 같은 생분해성 금속 재료는 우수한 기계적 물성을 제공하고 양호한 생체 적합성(biocompatibility)을 가지기 때문에 생분해성 폴리머 재료와는 달리 하중 지지 용도(load-bearing application)의 임플란트 소재로도 응용이 가능하다. 더욱이, 마그네슘은 우수한 생체 적합성을 가지며, 방출된 마그네슘 이온은 인체에 해롭지 않고 오히려 뼈 조직의 성장에 이롭다는 특징을 가진다.
그럼에도 불구하고, 마그네슘 및 마그네슘 합금은 부식저항성(corrosion resistance)이 낮기 때문에 생체내 환경에서 초기의 빠른 부식 반응을 일으켜 수소 가스와 같은 부산물을 발생시키고 pH를 증가시켜 주변 생체 조직에 악영향을 끼칠 수 있다. 따라서, 마그네슘의 부식저항성을 향상시켜 임플란트의 안정성을 향상시킬 필요가 있다.
이를 위해, 마그네슘 및 마그네슘 합금의 생체적합성 및 부식저항성을 향상시키기 위해서 합금화(alloying) 및 표면 처리(surface treatment) 등의 방법이 다양하게 연구되어 왔다. 특히 표면 처리의 경우 마그네슘 및 마그네슘 합금 표면에 생체 적합성이 우수한 수산화아파타이트(hydroxyapatite) 등의 Ca-P 계열 세라믹을 코팅함으로서 부식저항성과 생체적합성을 동시에 증진시킬 수 있다.
그러나, 마그네슘 및 마그네슘 합금의 상부를 세라믹으로 코팅하여 임플란트를 제조하는 경우, 임플란트에 인장(tension) 및/또는 굽힘(bending) 등의 변형이 가해지면 세라믹층에 균열(crack)이 생기고 박리(delamination)가 발생할 가능성이 높다. 이 경우, 세라믹층은 마그네슘층을 보호하는 역할을 제대로 수행할 수 없게 되며, 박리된 잔해 물질들이 주변의 체내 조직에 악영향을 끼치게되는 문제점이 발생하게 된다. 특히, 세라믹층에 균열 또는 틈이 생기고 박리가 발생하는 경우, 상기 균열 또는 틈에 의해 마그네슘층이 보다 급속하게 부식된다는 문제점이 발생하게 된다.
따라서 본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하기 위해, 마그네슘층과 세라믹층 사이에 폴리머 코팅층을 구비함으로써 임플란트에 가해지는 다양한 종류의 변형에도 안정적이고 유연한 생체 분해성 임플란트 및 이의 제조 방법을 발명하기에 이르렀다.
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 마그네슘층, 상기 마스네슘층 상에 형성된 폴리머층 및 상기 폴리머층 상에 형성된 세라믹층을 포함하는 생체 분해성 임플란트 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 생체 내에서 분해 가능하며, 우수한 생체 적합성을 가지며, 생체 분해 속도를 조절할 수 있고, 초기 부식을 방지할 수 있으며, 임플란트의 변형에 있어서도 안정성을 유지할 수 있는 유연한 생체 분해성 임플란트 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 생체 분해성 임플란트는, 마그네슘층; 상기 마그네슘층 상부에 형성되는 세라믹층; 및 상기 마그네슘층과 상기 세라믹층 사이에 위치하는 폴리머층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 마그네슘층은 90wt% 이상의 마그네슘을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 마그네슘층은 아연(Zn), 망간(Mn), 칼슘(Ca), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 크롬(Cr), 규소(Si), 인(P), 니켈(Ni) 및 철(Fe)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 원소를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 폴리머층은 폴리-ε-카프로락톤(PCL), 키토산(chitosan), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리ε-카프로락톤-락트산 공중합체(PCLA), 폴리ε-카프로락톤-글리콜산 공중합체(PCGA), 폴리락트산-폴리글리콜산 공중합체(PLGA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리다이옥산온(PDO), 폴리트라이메틸렌카보네이트(PTMC), 폴리아미노산(poly(amino acid)), 폴리안하이드라이드(polyanhydride), 폴리오르쏘에스테르(polyorthoester), 폴리포스파진(polyphosphazene), 폴리이미노카보네이트, 폴리포스포에스테르, 폴리하이드록시발레이트, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 세라믹층은 수산화아파타이트(HA, hydroxyapitite) 및 이산화티타늄(TiO2) 중 어느 하나 또는 그 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 생체 분해성 임플란트의 제조 방법은 (a) 마그네슘층 및 상기 마그네슘층 상부에 형성되는 폴리머층을 포함하는 임플란트 구조를 제공하는 단계; 및 (b) 상기 폴리머층 상부에 세라믹층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 (a) 단계는, (a1) 상기 마그네슘층을 제공하는 단계; 및 (a2) 폴리머를 용매에 용해시켜 스프레이 도포법을 이용하여 상기 마그네슘층 상부에 폴리머층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 폴리머는 폴리-ε-카프로락톤(PCL)이며, 상기 용매는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran)이며, 그리고 상기 폴리머는 상기 용매에 대하여 1 내지 10 중량%의 농도를 가지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 (b) 단계에서, 상기 세라믹층은 세라믹 분말을 에어로졸 증착법에 의해 상기 폴리머층 상부에 코팅함으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 세라믹 분말은 입경이 1 ㎛ 내지 10 ㎛인 수산화아파타이트 분말 또는 이산화티타늄 분말인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 우수한 생체 적합성을 가지는 마그네슘층, 유연한 폴리머층 및 세라믹층을 사용하여 임플란트를 제조함으로써, 임플란트가 생체내에서 분해될 수 있을 뿐만 아니라 생체 분해에 따라 발생하는 인체에 해로운 부산물의 생성이 보다 감소될 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 임플란트의 생체 적합성을 향상시키며, 생체 분해 속도를 조절할 수 있고, 임플란트의 초기 부식을 방지할 수 있으며, 임플란트의 변형에 있어서도 안정성의 저하를 최소화할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 따르면, 임플란트가 세포와 접촉하는 최외각층을 세포 부착 및 세포 분화에서 우수한 세라믹층으로 구성함으로써, 세포 증식 및 분화시 부작용을 보다 감소시킬 수 있다는 효과가 있다.
도 1의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 분해성 임플란트의 구조를 개략적으로 나타내는 모식도이며, 도 1의 (b)는 제조예 1에 의해 제조된 생체 분해성 임플란트의 단면을 주사 전자 현미경(SEM, scanning electron microscope)을 이용하여 찍은 사진이며,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 분해성 임플란트의 마그네슘층의 표면(a), PCL층의 표면(b), HA층의 표면(c)을 주사 전자 현미경을 이용하여 찍은 사진이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 분해성 임플란트의 마그네슘층의 표면, PCL층의 표면, HA층의 표면에 대한 X-선 회절 패턴을 측정하여 나타낸 그래프이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 분해성 임플란트의 PCL층의 표면(a), HA층의 표면(b)의 세포 부착성을 나타내는 사진이며,
도 5는 비교 제조예 1에서 제조된 폴리머층이 없는 경우에, 마그네슘 기판 변형에 따른 세라믹 표면을 주사 전자 현미경을 이용하여 찍은 사진이며,
도 6은 제조예 1에서 제조된 폴리머층이 있는 본 발명에 따른 생체 분해성 임플란트에 있어서, 마그네슘 기판 변형에 따른 세라믹 표면을 주사 전자 현미경을 이용하여 찍은 사진이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
도 1의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 분해성 임플란트의 구조를 개략적으로 나타내는 모식도이며, 도 1의 (b)는 제조예 1에 의해 제조된 생체 분해성 임플란트의 단면을 주사 전자 현미경(SEM, scanning electron microscope)을 이용하여 찍은 사진이다. 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 분해성 임플란트를 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 분해성 임플란트는 마그네슘층; 상기 마그네슘층 상부에 형성되는 세라믹층; 및 상기 마그네슘층과 상기 세라믹층 사이에 위치하는 폴리머층을 포함한다.
이러한 구성으로 인해, 생처 적합성이 향상될 뿐만 아니라 마그네슘층이 초기에 쉽게 부식되는 것을 방지할 수 있게 된다. 이는 마그네슘층이 세라믹층 및 폴리머층이 분해된 후 분해되기 때문이다. 더욱이, 마그네슘층과 세라믹층 사이에 유연한 폴리머층이 존재하게 됨에 따라 임플란트의 변형에도 매우 안정적이며 유연한 코팅층을 형성할 수 있게 된다.
이하, 각 층에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
마그네슘층
마그네슘층은 90% 이상, 더욱 바람직하게는 99% 이상의 마그네슘으로 이루어진 것이 바람직하다. 마그네슘의 분해시 생성되는 마그네슘 이온은 인체에 해롭지않으며 뼈 성장에 이로울 수 있기 때문이다.
한편, 마그네슘층은 인체에 해롭지 않은 범위 내에서 미량 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 아연(Zn), 망간(Mn), 칼슘(Ca), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 크롬(Cr), 규소(Si), 인(P), 니켈(Ni) 및 철(Fe)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 원소를 더 포함할 수도 있다. 그러나, 이와 같은 원소의 함량은 10% 이하인 것이 바람직하다.
이러한 이유는 마그네슘층에 상기 원소가 10%를 초과하여 함유되는 경우, 부식에 의해 방출되는 상기 원소들의 이온이 인체에 해로울 수 있으며, 생체내에서 마그네슘의 고유한 성질을 발휘하는데 악영향을 미치기 때문이다.
마그네슘층의 두께는 반드시 이에 제한되지 않으며, 사용자의 의도에 따라 또는 임플란트의 구체적인 형상에 따라 변경될 수 있음을 유의한다.
폴리머층
폴리머층은 마그네슘층과 세라믹층 사이의 계면층으로서 존재하기 때문에, 세라믹층에 균열이나 틈이 생기는 경우에도 마그네슘층이 빠르게 부식되는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한 폴리머층은 유연성을 가지고 있기 때문에 임플란트 또는 마그네슘층 기판에 변형이 발생하여도 균열이 생기거나 박리가 일어나는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
이러한 폴리머층은 인체에 무해한 유기 재료로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 폴리머층은 폴리-ε-카프로락톤(PCL), 키토산(chitosan), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리ε-카프로락톤-락트산 공중합체(PCLA), 폴리ε-카프로락톤-글리콜산 공중합체(PCGA), 폴리락트산-폴리글리콜산 공중합체(PLGA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리다이옥산온(PDO), 폴리트라이메틸렌카보네이트(PTMC), 폴리아미노산(poly(amino acid)), 폴리안하이드라이드(polyanhydride), 폴리오르쏘에스테르(polyorthoester), 폴리포스파진(polyphosphazene), 폴리이미노카보네이트, 폴리포스포에스테르, 폴리하이드록시발레이트, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
세라믹층
세라믹층은 임플란트가 세포와 접촉하는 최외각층에 배치됨으로써, 본 발명에 따른 생체 분해성 임플란트가 우수한 생체 적합성, 다시 말하면, 세포 부착 및 세포 분화 등에서 우수한 능력을 가지게 하는 역할을 한다.
세라믹층은 수산화아파타이트(HA, hydroxyapitite) 또는 이산화티타늄(TiO2) 중 어느 하나 또는 그 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 특히, 수산화아파타이트로 이루어지는 것이 바람직하다.
이러한 이유는, 수산화아파타이트는 뼈 형성 재료와 유사한 천연 무기물이므로 생체 재료와 성질이 매우 유사하며, 혈액 적합성이 우수하여 수산화아파타이트층 표면에 피가 응고되지 않고, 그리고 세포 적합성이 우수하여 세포 증식 및 분화시 부작용을 거의 일으키지 않기 때문이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 분해성 임플란트는 폴리머층 및 세라믹층의 두께를 조절하여 임플란트가 생체 내에서 분해되는 기간을 제어할 수 있게 된다. 또한, 임플란트의 구체적인 형상 및 폴리머층과 세라믹층의 코팅 영역은 사용자의 의도 및 임플란트의 사용 환경 등에 의해 조절될 수 있음을 유의한다.
다른 하나의 양태로서, 본 발명은 (a) 마그네슘층 및 상기 마그네슘층 상부에 형성되는 폴리머층을 포함하는 임플란트 구조를 제공하는 단계; 및 (b) 상기 폴리머층 상부에 세라믹층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 상기 단계들에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
(a) 마그네슘층 및 마그네슘층 상부에 형성되는 폴리머층을 포함하는 임플란트 구조를 제공하는 단계
상기 단계는 일정한 형태 또는 임플란트 형상을 가지고 있는 마그네슘층 상에 폴리머층을 형성하는 단계이다.
구체적으로 살펴보면, 상기 단계는 (a1) 마그네슘층을 제공하는 단계; 및 (a2) 폴리머를 용매에 용해시켜 스프레이 도포법을 이용하여 마그네슘층 상부에 폴리머층을 형성하는 단계로 구성될 수 있다.
우선, 마그네슘을 가지고 일정한 형태 또는 임플란트 형상을 가지는 구조를 성형함으로써 마그네슘층을 제공하게 된다((a1) 단계). 그리고, 폴리머를 일정한 용매에 용해시켜 폴리머 용액을 제조한 후 이를 노즐을 통하여 마그네슘층 상에 분사 또는 분무하는 스프레이코팅에 의해 폴리머층을 형성하게 된다((a2) 단계).
여기서, 폴리머는 폴리-ε-카프로락톤(PCL)이며, 용매는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran)인 것이 바람직하며, 그리고 상기 폴리머는 상기 용매에 대하여 1 내지 10 중량%의 농도를 가지는 것이 바람직하나, 반드시 이에 제한되지 않음을 유의한다.
(b) 폴리머층 상부에 세라믹층을 형성하는 단계
세라믹층은 수산화아파타이트(HA, hydroxyapitite) 또는 이산화티타늄(TiO2) 중 어느 하나 또는 그 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이러한 세라믹층은 에어로졸 증착(vacuum powder spraying) 방법에 의하여 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 방법은 상온에서 진공을 통해 세라믹 분말을 폴리머층 상부에 분사시키는 방법으로서 고온 또는 수용액 환경으로 인한 마그네슘층 및 폴리머층의 손상없이 비교적 치밀한 세라믹층을 형성시킬 수 있다. 또한 세라믹층의 두께 조절이 용이하다는 장점도 있다.
이때, 세라믹 분말의 입경이 작을수록 치밀한 코팅을 형성할 수 있으므로, 사용자의 의도 또는 목적하는 용도에 따라 적절한 입경의 분말을 선택할 수 있다. 예를 들어, 입경이 1 마이크로미터 내지 10 마이크로미터인 수산화아파타이트 분말 또는 이산화티타늄 분말을 이용하여 세라믹층을 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 열처리 없이도 상대적으로 치밀한 코팅층을 형성할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 분해성 임플란트 및 이의 제조 방법에 따른 실제적인 제조예 및 실험예를 설명하고 이에 대한 구체적인 검토를 하기로 한다.
<제조예 1>
판상 형태의 마그네슘(Mg 99.9%)으로부터 제조된 마그네슘 기판을 준비하였다. 폴리머로서 폴리-ε-카프로락톤(PCL)을 준비하였다. 스프레이 도포법에 사용될 용매로서 테트라히드로퓨란을 준비하였다. 세라믹 분말로서 수산화아파타이트 분말을 준비하였다.
우선, 폴리-ε-카프로락톤을 테트라히드로퓨란 용매에 용해시켜 약 5중량%/부피의 PCL/THF 용액을 제조하였다. 그리고 상기 용액을 노즐을 이용하여 약 0.5 bar의 압력으로 마그네슘 기판 위에 고르게 분사시킨 후 일정 시간 동안 건조하여 마그네슘층 상부에 폴리머층을 형성하였다. 그리고 나서, 수산화아파타이트 분말을 약 1,100 ℃에서 2 시간 동안 열처리한 후 산소 기체와 혼합하여 압력 차이에 의해 노즐을 통해 진공 챔버내로 분사시켰다. 이러한 방식으로 폴리머층 상부에 세라믹층을 형성하였다.
상기의 방법으로 형성된 생체 분해성 임플란트의 마그네슘층의 표면, PCL층의 표면, HA층의 표면을 주사 전자 현미경을 이용하여 사진을 찍어 도 2에 도시하였다.
<비교 제조예 1>
본 비교 제조예 1에서는 마그네슘 기판 상에 폴리머층을 형성하지 않고 직접 세라믹층을 형성하였다는 점을 제외하고는 제조예 1과 동일한 공정을 수행하여 생체 분해성 임플란트 기판(마그네슘층/HA층)를 제조하였다. 따라서 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
<실험예 1>
제조예 1에서 제조된 마그네슘층(시편 1), 마그네슘층/PCL층(시편 2), 마그네슘층/PCL층/HA층(시편 3)을 이용하여 X-선 회절(x-ray diffraction) 패턴을 측정하였고(도 3 참조), 시편 2 및 시편 3을 이용하여 세포 부착 정도를 관찰하였고(도 4 참조), 비교 제조예 1에서 제조된 마그네슘층/HA층(시편 4) 및 시편 3을 이용하여 마그네슘 기판 변형에 따른 표면 관찰을 수행하였다(도 5 및 도 6 참조). 측정 방법은 하기와 같다.
* X-선 회절 패턴 측정
시편 1, 2, 3을 X-선을 발생시키는 장치에 위치시킨 후 시편 1, 2, 3에 의해 회절된 X-선에 의해 발생된 투과 X-선 회절패턴을 검출하는 전자광학 검출기로부터 X-선 회절 패턴 측정하고, 그 결과를 도 3에 도시하였다.
* 세포 부착성
Pre-osteoblast 세포를 시편 2, 3의 표면에 분주하고 1일 동안 배양한 후 세포들이 각각의 시편 표면에 잘 부착되고 있는지 여부를 SEM으로 관찰한 후, 결과를 도 4에 나타내었다.
* 마그네슘 기판 변형에 따른 표면 관찰
시편 3 및 시편 4를 바(bar) 형태로 제조한 후, 변형을 가하는 공지된 장치를 이용하여 굽힘(bending) 변형을 각각 5% 및 10%로 가하였다. 그리고 각각의 표면의 상태를 주사 전자 현미경을 이용하여 사진을 찍어 도 5 및 도 6에 도시하였다.
<구체적인 검토>
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 분해성 임플란트의 마그네슘층의 표면, PCL층의 표면, HA층의 표면에 대한 X-선 회절 패턴을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 각 시료 1 ,2, 3에서 유사한 각도 2θ 부분에서 X선 강도가 강하게 측정되는 것을 알 수 있다. 따라서 이러한 X-선 회절 패턴을 근거로 판단하면, 본 발명에 따른 생체 분해성 임플란트의 제조 방법에 의하는 경우 마그네슘층 상에 폴리머층(PCL층), 그리고 폴리머층 상에 결정성 있는 세라믹층(HA층)이 성공적으로 코팅 및 형성됨을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 분해성 임플란트의 PCL층의 표면(a), HA층의 표면(b)의 세포 부착성을 나타내는 사진이다.
도 4를 참조하면, PCL층의 표면 상에는 몇개의 Pre-osteoblast 세포들이 약간 퍼져있는 것을 볼 수 있다. 반면에 HA층의 표면 상에는 Pre-osteoblast 세포들이 표면에 넓게 퍼져서 부착되어 있음을 알 수 있다.
이러한 사진을 토대로 판단하면, 동일한 시간 동안에 마그네슘층/PCL층의 표면에는 세포들이 잘 부착되지 않으며, 마그네슘층/PCL층/HA층에 표면에는 세포들이 매우 잘 부착되어 생체 적합성이 높음을 알 수 있다.
도 5는 비교 제조예 1에서 제조된 폴리머층이 없는 경우에, 마그네슘 기판 변형에 따른 세라믹 표면을 주사 전자 현미경을 이용하여 찍은 사진이다. 도 6은 제조예 1에서 제조된 폴리머층이 있는 본 발명에 따른 생체 분해성 임플란트에 있어서, 마그네슘 기판 변형에 따른 세라믹 표면을 주사 전자 현미경을 이용하여 찍은 사진이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 폴리머층이 없이 마그네슘층/HA층만으로 이루어진 시편의 경우 굽힘 변형을 가하는 경우에 균열 또는 틈이 생기고 박리가 발생하게 됨을 알 수 있다. 또한 그 강도가 5%, 10%로 증가함에 따라 균열 또는 틈의 크기가 더욱 커지는 것을 알 수 있다. 반면에, 폴리머층이 존재하는 마그네슘층/PCL층/HA층으로 이루어진 시편의 경우 굽힘 변형을 가하는 경우에도 균열 또는 틈이 전혀 발생하지 않음을 알 수 있다.
이러한 사진을 토대로 판단하면, PCL층/HA층의 2층의 코팅 구조를 가지는 본 발명에 따른 생체 분해성 임플란트는 다양한 변형힘이 가해지더라도 안정성을 유지할 수 있는 유연성을 가지고 있음을 알 수 있다.
즉 본 발명에 따르면, 마그네슘층, 상기 마스네슘층 상에 형성된 폴리머층 및 상기 폴리머층 상에 형성된 세라믹층을 포함하는 구조를 적용함으로써, 생체 내에서 분해 가능하며, 우수한 생체 적합성을 가지며, 생체 분해 속도를 조절할 수 있고, 초기 부식을 방지할 수 있으며, 임플란트의 변형에 있어서도 안정성을 유지할 수 있는 유연한 생체 분해성 임플란트 및 이의 제조 방법을 제공할 수 있게 된다.
이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.

Claims (10)

  1. 마그네슘층;
    상기 마그네슘층 상부에 형성되는 세라믹층; 및
    상기 마그네슘층과 상기 세라믹층 사이에 위치하는 폴리머층을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    생체 분해성 임플란트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마그네슘층은 90wt% 이상의 마그네슘을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    생체 분해성 임플란트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마그네슘층은 아연(Zn), 망간(Mn), 칼슘(Ca), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 크롬(Cr), 규소(Si), 인(P), 니켈(Ni) 및 철(Fe)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 원소를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는,
    생체 분해성 임플란트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머층은 폴리-ε-카프로락톤(PCL), 키토산(chitosan), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리ε-카프로락톤-락트산 공중합체(PCLA), 폴리ε-카프로락톤-글리콜산 공중합체(PCGA), 폴리락트산-폴리글리콜산 공중합체(PLGA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리다이옥산온(PDO), 폴리트라이메틸렌카보네이트(PTMC), 폴리아미노산(poly(amino acid)), 폴리안하이드라이드(polyanhydride), 폴리오르쏘에스테르(polyorthoester), 폴리포스파진(polyphosphazene), 폴리이미노카보네이트, 폴리포스포에스테르, 폴리하이드록시발레이트, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는,
    생체 분해성 임플란트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹층은 수산화아파타이트(HA, hydroxyapitite) 및 이산화티타늄(TiO2) 중 어느 하나 또는 그 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    생체 분해성 임플란트.
  6. (a) 마그네슘층 및 상기 마그네슘층 상부에 형성되는 폴리머층을 포함하는 임플란트 구조를 제공하는 단계; 및
    (b) 상기 폴리머층 상부에 세라믹층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    생체 분해성 임플란트의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a1) 상기 마그네슘층을 제공하는 단계; 및
    (a2) 폴리머를 용매에 용해시켜 스프레이 도포법을 이용하여 상기 마그네슘층 상부에 폴리머층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    생체 분해성 임플란트의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 폴리머는 폴리-ε-카프로락톤(PCL)이며, 상기 용매는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran)이며, 그리고 상기 폴리머는 상기 용매에 대하여 1 내지 10 중량%의 농도를 가지는 것을 특징으로 하는,
    생체 분해성 임플란트의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 세라믹층은 세라믹 분말을 에어로졸 증착법에 의해 상기 폴리머층 상부에 코팅함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는,
    생체 분해성 임플란트의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 세라믹 분말은 입경이 1 ㎛ 내지 10 ㎛인 수산화아파타이트 분말 또는 이산화티타늄 분말인 것을 특징으로 하는,
    생체 분해성 임플란트의 제조 방법.
KR1020110035410A 2011-04-15 2011-04-15 생체 분해성 임플란트 및 이의 제조 방법 KR101375473B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110035410A KR101375473B1 (ko) 2011-04-15 2011-04-15 생체 분해성 임플란트 및 이의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110035410A KR101375473B1 (ko) 2011-04-15 2011-04-15 생체 분해성 임플란트 및 이의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120117584A true KR20120117584A (ko) 2012-10-24
KR101375473B1 KR101375473B1 (ko) 2014-03-17

Family

ID=47285521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110035410A KR101375473B1 (ko) 2011-04-15 2011-04-15 생체 분해성 임플란트 및 이의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101375473B1 (ko)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103934184A (zh) * 2014-03-27 2014-07-23 同济大学 可降解镁合金/改性聚乳酸涂层复合材料的制备方法
CN106540330A (zh) * 2016-11-24 2017-03-29 河北医科大学第三医院 Plga‑镁混合物的制备方法及制作骨科内植物的方法
CN106620860A (zh) * 2016-11-24 2017-05-10 河北医科大学第三医院 制备plga‑镁混合物的方法及制作骨科内植物的方法
KR20180077956A (ko) * 2016-12-29 2018-07-09 전남대학교산학협력단 생체적합성세라믹스 코팅층, 그 코팅층을 포함하는 티타늄재구조체 및 그 구조체 제조방법
KR20190048488A (ko) * 2017-10-31 2019-05-09 (주)오티스바이오텍 의료용 생체 임플란트 및 그의 제조방법
WO2020125227A1 (zh) * 2018-12-18 2020-06-25 先健科技(深圳)有限公司 可吸收植入式器械
CN111437442A (zh) * 2020-05-08 2020-07-24 江南大学 一种镁基医用植入物表面用可降解电泳涂层的制备方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105314904B (zh) * 2014-07-29 2017-05-10 高嘉泽 具可降解性的硅酸钙镁骨水泥及其制造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8172897B2 (en) * 1997-04-15 2012-05-08 Advanced Cardiovascular Systems, Inc. Polymer and metal composite implantable medical devices
KR101289122B1 (ko) * 2008-03-18 2013-07-23 한국보건산업진흥원 생체분해성 마그네슘계 합금으로 다공성 구조체의 기공이충진된 복합재 임플란트 및 이의 제조방법
EP2422821B2 (en) * 2009-04-22 2022-10-19 U & I Corporation Biodegradable implant and method for manufacturing same
US8382823B2 (en) * 2009-05-28 2013-02-26 Snu R&Db Foundation Biodegradable stent and method for manufacturing the same

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103934184A (zh) * 2014-03-27 2014-07-23 同济大学 可降解镁合金/改性聚乳酸涂层复合材料的制备方法
CN106540330A (zh) * 2016-11-24 2017-03-29 河北医科大学第三医院 Plga‑镁混合物的制备方法及制作骨科内植物的方法
CN106620860A (zh) * 2016-11-24 2017-05-10 河北医科大学第三医院 制备plga‑镁混合物的方法及制作骨科内植物的方法
KR20180077956A (ko) * 2016-12-29 2018-07-09 전남대학교산학협력단 생체적합성세라믹스 코팅층, 그 코팅층을 포함하는 티타늄재구조체 및 그 구조체 제조방법
KR20190048488A (ko) * 2017-10-31 2019-05-09 (주)오티스바이오텍 의료용 생체 임플란트 및 그의 제조방법
WO2020125227A1 (zh) * 2018-12-18 2020-06-25 先健科技(深圳)有限公司 可吸收植入式器械
CN111437442A (zh) * 2020-05-08 2020-07-24 江南大学 一种镁基医用植入物表面用可降解电泳涂层的制备方法
CN111437442B (zh) * 2020-05-08 2021-09-21 江南大学 一种镁基医用植入物表面用可降解电泳涂层的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101375473B1 (ko) 2014-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101375473B1 (ko) 생체 분해성 임플란트 및 이의 제조 방법
Yang et al. Atomic layer deposited ZrO2 nanofilm on Mg-Sr alloy for enhanced corrosion resistance and biocompatibility
KR101670435B1 (ko) 생체 분해성 스텐트 및 이의 제조 방법
Wang et al. Silk fibroin film-coated MgZnCa alloy with enhanced in vitro and in vivo performance prepared using surface activation
AU2010252810B2 (en) Coating method
Hahn et al. Aerosol deposition of hydroxyapatite–chitosan composite coatings on biodegradable magnesium alloy
Bianchi et al. Strontium doped calcium phosphate coatings on poly (etheretherketone)(PEEK) by pulsed electron deposition
Gokcekaya et al. In vitro performance of Ag-incorporated hydroxyapatite and its adhesive porous coatings deposited by electrostatic spraying
Panahi et al. Surface modification of biodegradable AZ91 magnesium alloy by electrospun polymer nanocomposite: Evaluation of in vitro degradation and cytocompatibility
Kheirkhah et al. Surface modification of stainless steel implants using nanostructured forsterite (Mg2SiO4) coating for biomaterial applications
Chen et al. Apatite formation on alkaline-treated dense TiO2 coatings deposited using the solution precursor plasma spray process
Soujanya et al. Electrospun nanofibrous polymer coated magnesium alloy for biodegradable implant applications
EP2827915B1 (en) A coating comprising strontium for body implants
Visentin et al. TiO2-HA bi-layer coatings for improving the bioactivity and service-life of Ti dental implants
Fu et al. Sol–gel derived Ag-containing TiO2 films on surface roughened biomedical NiTi alloy
Henao et al. Study of HVOF-sprayed hydroxyapatite/titania graded coatings under in-vitro conditions
Orinaková et al. In vitro degradation and cytotoxicity evaluation of iron biomaterials with hydroxyapatite film
Mohemi et al. Synthesis, corrosion, and bioactivity evaluation of the hybrid anodized polycaprolactone fumarate/silicon-and magnesium-codoped fluorapatite nanocomposite coating on AZ31 magnesium alloy
Wang et al. Effect of heat-treatment atmosphere on the bond strength of apatite layer on Ti substrate
Thampi et al. Enhancement of bioactivity of pulsed magnetron sputtered TiCxNy with bioactive glass (BAG) incorporated polycaprolactone (PCL) composite scaffold
KR101806386B1 (ko) 마이크로미터 단위의 그루브 패턴 상에 고분자-세라믹 하이브리드 코팅층이 형성된 마그네슘 함유 기재 및 이의 제조방법
KR101786645B1 (ko) 생체세라믹과 생분해성 고분자로의 이중 코팅에 의해 내부식성이 향상된 마그네슘 기재의 제조방법
JP6522271B1 (ja) プラズマ溶射用材料
US11866611B2 (en) Plasma spray material
Etminanfar et al. Synthesis and characterization of Nano-Hydroxyapatite/mPEG-b-PCL composite coating on nitinol alloy

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160224

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200302

Year of fee payment: 7