KR20130009478A - Nanocomposites comprising with calcium phosphate adsorbed modified carbon nanotubes and degradable polymer and method of preparing thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A nanocomposite is provided to increase the mechanical tensile strength and to improve the cell proliferation and the differentiation of osteoblast by using calcium phosphate nano particles adsorbed with modified carbon nanotubes and a biodegradable polymer. CONSTITUTION: A nanocomposite comprises calcium phosphate nano particles in which modified carbon nanotubes(CNT) are adsorbed, wherein CNT is represented by the formula 1: [CNT-((CH_2)_aO)_bH]^+[Y]^-, and a biodegradable polymer. In the formula 1, [Y]^- represents anion, a is integer of 2ΔaΔ6, and b is integer of 1ΔbΔ50. The carbon nanotubes are single-wall carbon nanotubes, double-wall carbon nanotubes or multi-wall carbon nanotubes. The calcium phosphate is any one selected from hydroxyapatite, oxy apatite, dicalcium phosphate, tricalcium phosphate, tetracalcium phosphate, calcium metaphosphate and their mixture.

Description

개질 CNT가 흡착된 인산칼슘 나노입자 및 생분해성 고분자를 포함하는 고분자를 포함하는 나노복합체, 및 이의 제조방법 {Nanocomposites comprising with calcium phosphate adsorbed modified carbon nanotubes and degradable polymer and method of preparing thereof}Nanocomposites comprising with calcium phosphate adsorbed modified carbon nanotubes and degradable polymer and method of preparing SUMMARY

본 발명은 개질 CNT가 흡착된 인산칼슘 나노입자; 및 생분해성 고분자를 포함하는 나노복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention is calcium phosphate nanoparticles adsorbed modified CNT; And it relates to a nanocomposite comprising a biodegradable polymer and a preparation method thereof.

의학물질로 인간의 단단한 조직을 대체 및 재생하는 것은 안과 및 치과분야에 있어서 널리 사용되는 치료기술이다. 뼈와 치아의 결함은 주로 바이오세라믹 미립자 또는 분해가능한 고분자로 처리하여 치료된다. 게다가, 뼈조직이 상해 또는 외상에 의해서 골절되거나 제거되면 뼈 정착액이 물리적 생물학적 기능을 회복하기 위해서 사용된다. 대부분에 있어서, 뼈 정착액은 티타늄 합금과 스테인리스 철로 구성되어 있다. 그러나 금속은 본질적으로 흡수성이 없고 따라서 임플란트 부위에 문제가 생기면 이차적인 작용이 요구된다.
The replacement and regeneration of human hard tissue with medical materials is a widely used therapeutic technique in ophthalmology and dentistry. Bone and tooth defects are often treated by treatment with bioceramic particulates or degradable polymers. In addition, when bone tissue is fractured or removed by injury or trauma, bone fixative fluid is used to restore physical and biological function. In most cases, the bone fixer consists of a titanium alloy and stainless steel. However, metals are inherently absorptive and therefore require secondary action if problems occur in the implant site.

최근에는 PLA와 같은 생분해성 고분자가 뼈 대체제로서 도입되었다. PLA는 FDA 승인 물질로서 일반적으로 뼈를 포함한 넓은 조직부위에 사용가능하다. 그리고 쉽게 열적 성형 고분자 제조과정을 거쳐서 복합체-형상 임플란트로 제조될 수 있다. 그러나 기계적 강도의 측면에서 생분해성 고분자(PLA)를 이용하는 것은 여전히 문제가 있고 고분자 물질의 성질을 향상시키기 위해서 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite), 인산삼칼슘(tricalcium phosphate), 칼슘카보네이트(calcium carbonate) 및 생활성 유리 알갱이와 같은 생활성 세라믹 물질을 결합하여 사용하는 것이 제안되어 왔다. 이러한 생활성 세라믹 물질의 첨가는 고분자 산 생성물과 관련된 감소된 pH를 중성화 시킬 수 있고 물질 분해를 감소시키고 기계적 성질을 강화시킬 수 있다. 또한 복합체의 in vitro 실험에 의한 세포에서의 작용은 세포 증식 및 조골세포 분화에 있어서 증가된 활성을 보여준다.
Recently, biodegradable polymers such as PLA have been introduced as bone substitutes. PLA is an FDA-approved substance and is generally available for large tissue areas, including bone. And it can be easily produced as a composite-shaped implant through a thermally molded polymer manufacturing process. However, in terms of mechanical strength, the use of biodegradable polymers (PLA) is still a problem, and hydroxyapatite, tricalcium phosphate, calcium carbonate and life are needed to improve the properties of the polymer material. It has been proposed to combine bioactive ceramic materials such as glass granules. The addition of such bioactive ceramic materials can neutralize the reduced pH associated with polymeric acid products, reduce material degradation and enhance mechanical properties. In addition, the action of the complex in cells by in vitro experiments shows increased activity in cell proliferation and osteoblast differentiation.

생체내에서 혈관이나 연골과 같이 기계적인 충격을 흡수하면서 기능을 발휘하는 조직 장기가 존재하고 이러한 조직 장기를 대체할 생체재료로서 탄성력 및 복원력을 가지는 합성고분자의 연구가 시작되었다. 고탄성 생분해성 고분자로서는 PLA와 poly(carprolactane)(PCL)의 블록 공중합체인 poly(lactide-caprolactone)(PLCL)을 들 수 있다. 이러한 생분해성 고분자를 임플란트로서 사용할 경우 금속 임플란트의 매우 강한 기계적 특성 때문에 변형이 불가능하다는 단점을 극복할 수 있다. 그러나 그 강도가 약하다는 문제점이 있었다. 따라서 변형이 용이하면서도 고강도를 갖는 소재의 개발에 관한 연구가 진행되었다.
There are tissue organs that function while absorbing mechanical shocks such as blood vessels and cartilage in vivo, and studies of synthetic polymers having elasticity and resilience as biomaterials to replace such tissue organs have begun. Highly elastic biodegradable polymers include poly (lactide-caprolactone) (PLCL), which is a block copolymer of PLA and poly (carprolactane) (PCL). When using such a biodegradable polymer as an implant can overcome the disadvantage that the deformation is impossible due to the very strong mechanical properties of the metal implant. However, there was a problem that the strength is weak. Therefore, the research on the development of a material having a high strength and easy deformation.

이에 본 발명자는, 상기 생분해성 고분자의 사용시 강도가 약하다는 문제점 및 생체 적합성문제점을 해결하기 위하여 연구하던 중, 탄소나노튜브 및 인산칼슘을 함께 사용할 경우, 인장강도가 증가할 뿐만 아니라 세포에서의 세포 증식 및 분화에 있어서 활성이 증가한다는 것을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
The present inventors, while studying to solve the problem of weak strength and biocompatibility when using the biodegradable polymer, when used together with carbon nanotubes and calcium phosphate, not only increases the tensile strength but also cells in cells The present invention was completed by confirming that activity is increased in proliferation and differentiation.

본 발명은, 탄소나노튜브, 인산칼슘 및 생분해성 고분자를 이용하여 기계적인 인장 강도가 증가하고, 세포의 증식 및 조골세포의 분화 정도가 증가한 나노복합체를 제공하기 위한 것이다. The present invention provides a carbon nanotube, calcium phosphate and a nanocomposite having increased mechanical tensile strength, increased cell proliferation and osteoblast differentiation using a biodegradable polymer.

또한, 본 발명은 상기 나노복합체의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
In addition, the present invention is to provide a method for producing the nanocomposite.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 개질 CNT가 흡착된 인산칼슘 나노입자; 및 생분해성 고분자를 포함하는 나노복합체를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention is calcium phosphate nanoparticles adsorbed by the modified CNT represented by the formula (1); And it provides a nanocomposite comprising a biodegradable polymer.

[화학식 1][Formula 1]

[CNT-((CH2)aO)bH]+[Y]- [CNT-((CH 2 ) a O) b H] + [Y] -

(상기 화학식 1에서, [Y]-는 음이온을 나타내고,(In the formula 1, [Y] - represents an anion,

2≤a≤6의 정수이고,An integer of 2 ≦ a ≦ 6,

1≤b≤50의 정수이다)
Is an integer of 1≤b≤50)

본 발명에서 사용되는 용어 “CNT”는 탄소나노튜브를 의미하는 것으로, 하나의 탄소원자가 3개의 다른 탄소원자와 sp2 결합을 이루고, 육각형 벌집무늬 구조를 갖고 있으며, 직경이 수 나노미터에서 수십 마이크로미터인 물질을 의미한다. CNT를 생분해성 고분자에 첨가하여 CNT의 우수한 기계적 특성을 이용하여 생분해서 고분자의 인장 강도를 향상 시켰다. 또한 CNT를 그대로 사용하는 경우에는 응집현상이 크고 표면의 소수성이 커서 고분자 매트릭스에 균일하게 분산하기 어렵고, CNT와 고분자 상이의 계면 상호작용이 약해 고분자/CNT 복합체의 응용이 제한적인바 이를 개질하여 사용하였다.
As used herein, the term “CNT” refers to carbon nanotubes, where one carbon atom forms sp 2 bonds with three other carbon atoms, has a hexagonal honeycomb structure, and has a diameter of several nanometers to several tens of microns. Mean material that is meters. CNT was added to the biodegradable polymer to improve the tensile strength of the polymer by biodispersing using the excellent mechanical properties of the CNT. In addition, when CNT is used as it is, the aggregation phenomenon is large and the hydrophobicity of the surface is difficult to disperse uniformly in the polymer matrix, and the interfacial interaction between CNT and the polymer is weak so that the application of the polymer / CNT composite is limited. .

본 발명에서 사용되는 용어 “개질 CNT”는 순수 CNT를 알킬화하여 알킬화된 탄소나노튜브가 양전하로 하전된 것에 음이온이 결합된 것이다. 구체적으로는 상기 화학식 1의 개질 CNT는 순수한 CNT에

Figure pat00001
(c 는 1≤c≤5의 정수)를 첨가하여 반응시켜서 다수의 -((CH2)aO)bH)기가 CNT 몸체에 공유 결합 방식으로 결합되게 하고 그 후 CNT 몸체는 비편재화된 양전하로 하전되어 상대음이온[Y]-과 이온 결합방식으로 결합되어 제조된다.
The term "modified CNT" used in the present invention is an anion bonded to the positively charged alkylated carbon nanotubes by alkylating pure CNTs. Specifically, the modified CNT of Chemical Formula 1 is pure CNT.
Figure pat00001
(c is an integer of 1 ≦ c ≦ 5) to react so that a large number of — ((CH 2 ) a O) b H) groups are covalently bonded to the CNT body, and then the CNT body is delocalized positive charge. is charged to a counter anion [Y] - it is made in combination with the ionic bond method.

본 발명에 사용할 수 있는 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브 또는 다중벽 탄소나노튜브를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 다중벽 탄소나노튜브를 사용할 수 있다.
Carbon nanotubes that can be used in the present invention may be used single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes, preferably multi-walled carbon nanotubes.

본 발명에서 사용되는 인산칼슘은 비금속 무기재료로서 Ca, P, O 와 H로 구성된 화합물을 지칭하며 원소의 조합비에 따라서 다양한 인산칼슘염이 존재한다. 인산칼슘은 경조직의 미네랄 성분이 화학적으로 유사하기 때문에 일부 인산칼슘이 염증반응이나 섬유상 조직의 발생 없이 경조직과 직접 결합하는 생체 친화성이 우수한 생체재료이다.
Calcium phosphate used in the present invention refers to a compound composed of Ca, P, O and H as a non-metal inorganic material, and there are various calcium phosphate salts depending on the combination ratio of elements. Calcium phosphate is a biomaterial having excellent biocompatibility, in which some calcium phosphates bind directly to hard tissues without inflammatory reactions or fibrous tissues because the mineral components of hard tissues are chemically similar.

본 발명에서 사용할 수 있는 인산칼슘은, 하이드록시아파타이트, 옥시 아파타이트, 인산이칼슘, 인산삼칼슘, 인산사칼슘, 칼슘메타 포스페이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
Calcium phosphate that can be used in the present invention may be any one selected from the group consisting of hydroxyapatite, oxy apatite, dicalcium phosphate, tricalcium phosphate, tetracalcium phosphate, calcium metaphosphate and mixtures thereof, but is not limited thereto. It doesn't work.

본 발명에서 생분해성 고분자란 생체 내 또는 자연 환경하에서 스스로 분해되는 고분자를 총칭하며 특히 의료용의 목적으로 생체내에서 분해되는 생분해성 고분자를 의미한다. 본 발명에서 사용될 수 있는 생분해성 고분자는 폴리(글리콜산), 폴리락트산, 폴리(D,L-락트산-코-글리콜산), 폴리(L-락타이드-코-D, L-락타이드), 폴리(히드록시부티레이트), 폴리(히드록시 발러레이트), 폴리(발레로락톤), 폴리(카프로락톤), 폴리디옥사논, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
In the present invention, the biodegradable polymer is a generic term for a polymer that decomposes itself in vivo or in a natural environment, and particularly, refers to a biodegradable polymer that decomposes in vivo for medical purposes. Biodegradable polymers that can be used in the present invention include poly (glycolic acid), polylactic acid, poly (D, L-lactic acid-co-glycolic acid), poly (L-lactide-co-D, L-lactide), Any one selected from the group consisting of poly (hydroxybutyrate), poly (hydroxy valerate), poly (valerolactone), poly (caprolactone), polydioxanone, copolymers thereof and mixtures thereof It may be used, but is not limited thereto.

상기 화학시 1에서 [Y]-는 음이온을 의미하는 것으로. 일례로 N3 -, Br-, Cl-, F-, I-, SbF6 -, 플러렌 음이온, CHB11H12 -, HS-, OCN-, SCN-, CN-, PF6 -, NTf2 -, OTf-, BF4 -, CO3 2 -, HCO3 -, OH-, NO3 -, NO2 -, PO4 3 -, HPO4 2 -, H2PO4 -, SO4 2 -, HSO4 -. R-COO-, R-SO4 - (여기서, R은 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 아미노기를 포함하는 하나 이상의 작용기로 치환되거나 비치환된 알킬기 또는 아릴기를 나타냄), C2O4 2 -, HC2O4 -, 또는 RNA로부터 유도된 음이온, DNA로부터 유도된 음이온, 단백질로부터 유도된 음이온 및 양이온교환수지로부터 유도된 음이온으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 의미한다. 바람직하게는, Cl- 또는 SbF6 -를 의미한다.
In the chemical 1 [Y] - it is to mean an anion. In one example N 3 -, Br -, Cl -, F -, I -, SbF 6 -, fullerene anion, CHB 11 H 12 -, HS -, OCN -, SCN -, CN -, PF 6 -, NTf 2 - , OTf -, BF 4 -, CO 3 2 -, HCO 3 -, OH -, NO 3 -, NO 2 -, PO 4 3 -, HPO 4 2 -, H 2 PO 4 -, SO 4 2 -, HSO 4. R-COO -, R-SO 4 - ( where, R is each independently a hydroxyl group or substituted with one or more functional groups comprising an amino group or unsubstituted represents an unsubstituted alkyl group or an aryl group), C 2 O 4 2 - , HC 2 O 4 - or anion derived from RNA, anion derived from DNA, anion derived from protein, and anion derived from cation exchange resin. Preferably, Cl - means - or SbF 6.

상기 나노복합체에서, 상기 개질 CNT의 함량은 상기 나노복합체에 대하여 0.01 중량% 내지 0.5 중량%인 것이 바람직하다. In the nanocomposite, the content of the modified CNT is preferably 0.01 wt% to 0.5 wt% with respect to the nanocomposite.

또한 상기 나노복합체에서, 상기 개질 CNT의 함량은 상기 인산칼슘 나노입자에 대하여 0.10 중량% 내지 1 중량%인 것이 바람직하다. In addition, in the nanocomposite, the content of the modified CNT is preferably 0.10% to 1% by weight based on the calcium phosphate nanoparticles.

또한 상기 나노복합체에서, 상기 인산칼슘의 함량은 상기 생분해성 고분자에 대해서 10 중량% 내지 50 중량%인 것이 바람직하다. 특히, 인장강도를 높이기 위하여 30 중량%인 것이 바람직하다. In addition, in the nanocomposite, the content of calcium phosphate is preferably 10% by weight to 50% by weight based on the biodegradable polymer. In particular, in order to increase the tensile strength, it is preferably 30% by weight.

상기 중량 비율에서 CNT의 함량은 많을수록 강도 향상 측면에서 좋을 수 있으나, 너무 많으면 (1% 이상) 인산칼슘 입자에 균일하게 흡착되지 못할 수 있어 향후 나노복합체 형성 후 오히려 강도가 저하될 수 있으며, 너무 적을 경우 (0.1% 미만) 효과가 미미할 수 있다. 또한 인산칼슘의 함량은 고분자 대비 많을수록 생체활성 증진측면에서 좋으나, 너무 많을 경우 (50% 이상) 인산칼슘 입자의 분산이 쉽지 않아 강도의 저하가 일어나게 된다.
The greater the content of CNT in the weight ratio may be better in terms of strength, but too much (more than 1%) may not be uniformly adsorbed on the calcium phosphate particles, so the strength may be lowered after the nanocomposite is formed in the future. In this case (less than 0.1%) the effect may be negligible. In addition, the content of calcium phosphate is higher than the polymer in terms of improving bioactivity, but too much (more than 50%) is not easy to disperse the calcium phosphate particles, the strength is lowered.

상기에 따른 나노복합체는, 개질된 탄소나노튜브가 흡착된 인산칼슘 나노입자가 생분해성 고분자에 균일하게 분산되어 있는 형태를 가지고 있으며, 기존의 생분해성 고분자만을 사용한 경우, 생분해성 고분자에 인산칼슘만이 함유된 경우에 비해서 인장강도가 향상하며 세포에서의 세포 증식 및 분화에 있어서 활성이 증가한다. 상기 복합체의 형상은 섬유, 필름, 펠릿 및 3차원의 형상을 갖는 벌크로부터 선택된 것이 바람직하다.
The nanocomposite according to the above has a form in which calcium phosphate nanoparticles on which modified carbon nanotubes are adsorbed are uniformly dispersed in a biodegradable polymer, and when only the existing biodegradable polymer is used, only calcium phosphate is used in the biodegradable polymer. Compared to the case of containing it, the tensile strength is improved and the activity in the cell proliferation and differentiation in the cell is increased. The shape of the composite is preferably selected from fibers, films, pellets and bulks having a three-dimensional shape.

또한, 본 발명은 하기 화학식 1의 개질 CNT에 용매를 첨가한 후 교반 또는 초음파 처리하여 개질 CNT 용액을 준비하는 단계(단계 1); 상기 개질 CNT 용액과 인산칼슘 나노입자를 혼합하여 개질 CNT가 흡착된 인산칼슘 나노입자 용액을 제조하는 단계(단계 2); 상기 개질 CNT가 흡착된 인산칼슘 나노입자 용액을 생분해성 고분자와 혼합하는 단계(단계 3); 및 상기 혼합물로부터 용매를 제거하는 단계(단계 4)를 포함하는 나노복합체의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing a modified CNT solution by adding a solvent to the modified CNT of the formula (1) and then stirred or sonicated (step 1); Mixing the modified CNT solution with calcium phosphate nanoparticles to produce a modified CNT-adsorbed calcium phosphate nanoparticle solution (step 2); Mixing the modified CNT-adsorbed calcium phosphate nanoparticle solution with a biodegradable polymer (step 3); And it provides a method for producing a nanocomposite comprising the step (step 4) of removing the solvent from the mixture.

[화학식 1][Formula 1]

[CNT-((CH2)aO)bH]+[Y]- [CNT-((CH 2 ) a O) b H] + [Y] -

(상기 화학식 1에서, [Y]-는 음이온을 나타내고,(In the formula 1, [Y] - represents an anion,

2≤a≤6의 정수이고,An integer of 2 ≦ a ≦ 6,

1≤b≤50의 정수이다)
Is an integer of 1≤b≤50)

상기 단계 1에서 사용되는 용매로는 CNT를 분산시킬 수 있는 용매이면 제한되지 않으며, 바람직하게는 물, 메탄올, 에탄올, 트리플루오로에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 테트라하이드로퓨란, 디클로로메탄, 클로로포름, 1,4-다이옥산, 아세톤, 에틸아세테이트, 메틸메타아크릴레이트, 에틸렌글리콜, 디메틸포름아마이드, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 특히, 테트라하이드로퓨란이 바람직하다. 용매는 개질 CNT 1 ㎖에 대하여 1 내지 100 ㎖로 사용한다. 만약 용매의 함량이 상기 범위 미만이면 분산 과정에서 개질 CNT끼리 응집을 이뤄 분산이 방해되는 문제점이 있고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 이후 제거과정에서 긴 시간이 소요되어 비경제적이다. The solvent used in step 1 is not limited as long as it is a solvent capable of dispersing CNT, preferably water, methanol, ethanol, trifluoroethanol, propanol, isopropanol, tetrahydrofuran, dichloromethane, chloroform, 1, Any one selected from the group consisting of 4-dioxane, acetone, ethyl acetate, methyl methacrylate, ethylene glycol, dimethylformamide, and mixtures thereof can be used. In particular, tetrahydrofuran is preferable. The solvent is used in 1 to 100 ml per 1 ml of modified CNT. If the content of the solvent is less than the above range, there is a problem that the dispersion is prevented by agglomeration between the modified CNTs during the dispersion process, on the contrary, if the content exceeds the above range, it takes a long time in the subsequent removal process, which is uneconomical.

또한, 상기 탄소나노튜브는 단일벽 CNT, 이중벽 CNT 또는 다중벽 CNT를 사용할 수 있다.
In addition, the carbon nanotubes may use single-wall CNT, double-wall CNT or multi-wall CNT.

상기 단계 2는, 개질 CNT 용액과 인산칼슘 나노입자를 혼합하여 개질 CNT가 흡착된 인산칼슘 나노입자 용액을 제조하는 단계로서 개질 CNT 용액에 인산칼슘 나노입자를 첨가하여 교반하여서 도 2와 같이 칼슘인산에 개질 CNT가 가지모양으로 흡착되게 된다.
In step 2, the modified CNT solution and calcium phosphate nanoparticles are mixed to prepare a calcium phosphate nanoparticle solution to which the modified CNT is adsorbed. Calcium phosphate is added as shown in FIG. The modified CNTs are adsorbed in the shape of branches.

상기 단계 3은, 상기 개질 CNT가 흡착된 인산칼슘 나노입자 용액을 생분해성 고분자와 혼합하는 단계로서 상기 개질 CNT 용액 1 ㎖에 대하여 상기 생분해성 고분자 10 mg 내지 500 mg를 혼합하는 것이 바람직하다.
In step 3, the modified CNT-adsorbed calcium phosphate nanoparticle solution is mixed with a biodegradable polymer, and it is preferable to mix 10 mg to 500 mg of the biodegradable polymer with respect to 1 ml of the modified CNT solution.

상기 단계 4는 , 건조 조건은 사용한 용매에 따라 달라질 수 있으며, 상분리가 발생하지 않도록 빠른 시간 내에 수행되는 것이 바람직하다. 특히 상기 혼합물로부터 용매를 제거하는 단계로서 25℃ 내지 50℃에서 10분 내지 2일 동안 건조를 통해 수행하는 것이 바람직하다. Step 4, the drying conditions may vary depending on the solvent used, it is preferable to be carried out within a short time so that phase separation does not occur. In particular, the step of removing the solvent from the mixture is preferably carried out by drying for 10 minutes to 2 days at 25 ℃ to 50 ℃.

이 때 건조방법은 특별히 제한하지 않으며, 이 분야에서 공지된 바의 건조방법이 가능하다. 대표적으로, 상온상압건조, 열풍건조, 감압건조, 동결건조, 분무건조, 회전식 증발건조 등이 가능하다. 건조 조건은 사용한 용매에 따라 달라질 수 있으며, 상분리가 발생하지 않도록 빠른 시간 내에 수행되는 것이 바람직하다.
At this time, the drying method is not particularly limited and may be a drying method known in the art. Typically, room temperature atmospheric pressure drying, hot air drying, reduced pressure drying, freeze drying, spray drying, rotary evaporation drying is possible. Drying conditions may vary depending on the solvent used and are preferably carried out in a short time so that no phase separation occurs.

본 발명에 따른 개질 CNT가 흡착된 인산칼슘 나노입자; 및 생분해성 고분자를 포함하는 나노복합체는, 기존의 생분해성 고분자만을 사용하는 경우 또는 생분해성 고분자-인산칼슘 나노입자 복합체를 사용한 경우에 비해서 기계적인 인장 강도가 증가하고, 세포의 증식 및 조골세포의 분화 정도가 증가하는바, 생체재료로서 유용하게 사용할 수 있다.
Calcium phosphate nanoparticles adsorbed with modified CNTs according to the present invention; And a nanocomposite comprising a biodegradable polymer, the mechanical tensile strength is increased compared to the case of using only the existing biodegradable polymer or a biodegradable polymer-calcium phosphate nanoparticle complex, the proliferation of cells and osteoblasts Since the degree of differentiation increases, it can be usefully used as a biomaterial.

도 1은, 본 발명의 나노복합체를 제조하는 단계를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일실시예에 따른 나노복합체의 고분해능 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 3은, PLA 및 PLA 나노복합체의 고분해능 SEM 이미지를 나타낸 것으로, (a)는 PLA, (b)는 PLA-CP, (c)는 PLA-CPNT1, 및 (d)는 PLA-CPNT2를 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 일실시예에 따른 나노복합체의 화학적 스펙트럼을 나타낸 것으로, (a)는 FTIR, (b)는 라만 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 일실시예에 따른 나노복합체에서의 세포 증식 효과를 나타낸 것으로, (a)는 3일, 7일, 14일 후의 세포 증식 정도를 그래프로 나타낸 것이고, (b)는 7일 후의 조골세포의 성장 형태를 나타낸 것이다.
도 6은, 7일 및 14일 후의 세포활성 정도를 그래프로 나타낸 것이다.
도 7은, qRT-PCR에 의해서 측정되는 7일 후의 PLA 및 이의 나노입자 복합체의 유전자 발현 프로파일을 나타낸 것으로, 콜라겐 타입 Ⅰ(Col Ⅰ), OPN, Bone sialoprotein (BSP), Osteocalcine (OCN)에 대한 표적 유전자 발현을 나타낸 것이다.
도 8은, 콜라겐 타입Ⅰ 및 ALP, GAPDH를 포함하는 뼈-관련 단백질 발현의 웨스턴 블럿 분석을 나타낸 것으로, GAPDH가 대조군으로 사용된 것이다.
Figure 1 schematically shows the step of preparing a nanocomposite of the present invention.
Figure 2 shows a high resolution SEM image of the nanocomposite according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows a high resolution SEM image of PLA and PLA nanocomposites, where (a) shows PLA, (b) shows PLA-CP, (c) shows PLA-CPNT1, and (d) shows PLA-CPNT2. .
Figure 4 shows the chemical spectrum of the nanocomposite according to an embodiment of the present invention, (a) shows the FTIR, (b) shows the Raman spectrum.
Figure 5 shows the cell proliferation effect in the nanocomposite according to an embodiment of the present invention, (a) is a graph showing the degree of cell proliferation after 3 days, 7 days, 14 days, (b) is 7 It shows the growth pattern of osteoblasts after one day.
6 is a graph showing the degree of cell activity after 7 days and 14 days.
Figure 7 shows the gene expression profile of PLA and its nanoparticle complexes after 7 days as measured by qRT-PCR, for collagen type I (Col I), OPN, Bone sialoprotein (BSP), Osteocalcine (OCN) Target gene expression is shown.
Figure 8 shows Western blot analysis of bone-related protein expression, including collagen type I and ALP, GAPDH, where GAPDH was used as a control.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예 및 실험예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예 및 실험예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예 및 실험예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments and experimental examples are provided to facilitate understanding of the present invention. However, the following Examples and Experimental Examples are provided only to more easily understand the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the Examples and Experimental Examples.

실시예Example 1 내지 2: 고분자- 1 to 2: polymer CNTCNT -인산칼슘 나노복합체의 제조Preparation of Calcium Phosphate Nanocomposites

1-1. 1-1. 개질된Reformed 탄소 나노튜브 ( Carbon nanotubes ( mCNTmCNT SS )의 합성 Synthesis of

화학 증기 증착에 의해서 합성된 본래의 다중벽 탄소 나노튜브(pCNTS)(일진나노텍)를 3시간 동안 음이온 교환하고 30분 동안 이온화 개질 과정을 수행하였다. 이에 따라서 양전하를 띠는 탄소나노튜브유도체[CNT]+[X]-[X = SbF6또는 Cl](여기에서는 mCNT(X)로 기술)를 제조하였다. 요약하자면 아르곤(Ar) 가스에서 디클로로메탄을 넣어주고 pCNTS의 현탁액과 [bmin][Sb2F11](bmin=1-butyl-3-methylimidazolium-based ionic liquids)이 혼합되었다. 현택액상에, 테트라하이드로퓨란(THF)을 더하고 15분 동안 초음파처리 하였다. 수용액으로 담금질(quenching) 한 후에 테프론 막을 통해서 걸러진 CNT-SbF6가 생산되었고 이것을 아세톤과 디클로로메탄으로 세척하였다. 진공상태에서 건조한 후에 CNT-SbF6와 NaCl을 에탄올/물 혼합물에 첨가하였다. Cl-교환 CNTS를 얻기위해서 혼합물을 3시간 동안 25℃에서 초음파처리하였다. 결과물인 입자를 테플론 막으로 거른 후 물, 아세톤, 및 디클로로메테인으로 세척하였다. 그리고 진공상태에서 이온적으로 개질된 CNT를 얻기 위해서 건조하였다. 이러한 방식에 의해서 생성된 생성물을 "mCNT"라고 한다. mCNT의 요소는 FLASH EA 1112 (Thermo Elemental)로 분석되었고 90.8% 의 탄소, 0.33%의 수소, 및 0.1% 질소가 있다는 것이 밝혀졌다. 이것을 개질되지 않은 pCNTS와 비교하면 개질되지 않은 pCNTS는 93.8%의 탄소, 0.14%의 수소, 및 0.1%의 질소가 있다는 것이 밝혀졌다. MALDI TOF MS (Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectroscop, Voyager-DE STR)를 사용하여 34.97 (100%) 및 36.97 (32%) 동위원소의 비율 m/e 피크가 나타났으므로 mCNT에서 Cl이 존재한다는 것이 밝혀졌다.
The original multi-walled carbon nanotubes (pCNT S ) (ILJIN Nanotech) synthesized by chemical vapor deposition were subjected to anion exchange for 3 hours and ionization reforming for 30 minutes. Accordingly, a positively charged carbon nanotube derivative [CNT] + [X] - [X = SbF 6 or Cl] (here described as mCNT (X)) was prepared. In summary, dichloromethane was added from argon (Ar) gas, and a suspension of pCNT S and [bmin] [Sb 2 F 11 ] (bmin = 1-butyl-3-methylimidazolium-based ionic liquids) were mixed. To the suspension, tetrahydrofuran (THF) was added and sonicated for 15 minutes. After quenching with aqueous solution, the CNT-SbF 6 filtered through the Teflon membrane was produced and washed with acetone and dichloromethane. After drying in vacuo CNT-SbF 6 and NaCl were added to the ethanol / water mixture. The mixture was sonicated at 25 ° C. for 3 hours to obtain Cl-exchanged CNT S. The resulting particles were filtered through a Teflon membrane and washed with water, acetone, and dichloromethane. And dried in vacuo to obtain ionically modified CNTs. The product produced in this way is called "mCNT". The element of mCNT was analyzed by FLASH EA 1112 (Thermo Elemental) and found to have 90.8% carbon, 0.33% hydrogen, and 0.1% nitrogen. It is not modified when compared to the unmodified pCNT pCNT S S is has been found that the nitrogen of 93.8% carbon, hydrogen of 0.14%, and 0.1%. Using the MALDI TOF MS (Matrix-assisted laser desorption / ionization time-of-flight mass spectroscop, Voyager-DE STR), the ratio m / e peaks of 34.97 (100%) and 36.97 (32%) isotopes were generated. It was found that Cl is present in mCNTs.

CP(Ca3(PO4)2, B-형태) 생체 세라믹 상, 인산삼칼슘 입자는 Merck사에서 구매하였으며 900℃에서 1시간 동안 소결한 후에 사용하였다. Poly(L-lactic acid)(PLLA, Resomer L206S)는 Boehringer lngelheim에서 구매하였다. 유기 용매를 포함하는 모든 다른 화합물들은 상업적으로 구매하였고 정제하지 않고 사용하였다.
Tricalcium phosphate particles on a CP (Ca 3 (PO 4 ) 2 , B-form) bioceramic phase were purchased from Merck and used after sintering at 900 ° C. for 1 hour. Poly (L-lactic acid) (PLLA, Resomer L206S) was purchased from Boehringer lngelheim. All other compounds including organic solvents were purchased commercially and used without purification.

1-2. 1-2. mCNTmCNT -- CPCP 나노입자 및  Nanoparticles and PLAPLA 나노입자 복합체의 제조 Preparation of Nanoparticle Composite

3분 동안 초음파 진동하에 THF 용매(100 mL)에 mCNT(50 mg)을 녹여서 동종의 다중벽 CNT 용액을 준비하였다. CP 입자 10그램을 그 후 천천히 mCNT/THF 용액 20 및 50 ml에 첨가하였다. 그 동안 CNT 분자는 CP 나노입자에 흡착되었고 남은 깨끗한 THF 용매에 침전되었다. 이 과정은 mCNT-CP, 즉 동종의 개질된 탄소 나노튜브가 흡착된 인산칼슘 나노입자로 정의되었다. CP에 대해서 mCNT의 양은 0.1 및 0.25 중량%이었다. 여기에서는 0.1 중량% 및 0.25 중량% mCNT-CP 나노입자를 CPNT1 및 CPNT2로 각각 기재하였다. mCNT-CP 나노입자를 용매로부터 분리하였고 아세톤으로 여러 번 세척하였고 주위조건에서 건조하였다.
A homogeneous multiwall CNT solution was prepared by dissolving mCNT (50 mg) in THF solvent (100 mL) under ultrasonic vibration for 3 minutes. 10 grams of CP particles were then slowly added to 20 and 50 ml of mCNT / THF solution. Meanwhile, CNT molecules were adsorbed onto CP nanoparticles and precipitated in the remaining clean THF solvent. This process was defined as mCNT-CP, a calcium phosphate nanoparticle adsorbed with homogeneous modified carbon nanotubes. The amount of mCNTs for CP was 0.1 and 0.25% by weight. 0.1 wt% and 0.25 wt% mCNT-CP nanoparticles are described herein as CPNT1 and CPNT2, respectively. mCNT-CP nanoparticles were separated from the solvent, washed several times with acetone and dried at ambient conditions.

또한 PLA 10g을 50 ml 클로로포름 용매에 녹였다. 그 후에, CPNT1 및 CPNT2 10g을 준비된 PLA/클로로포름 용액에 50℃에서 교반하면서 혼합하였다. 에탄올에서 용매를 빠르게 추출한 후에 0.05 및 0.125 중량% (나노입자 복합체에 대해서)의 mCNT를 포함하는 PLA-CP-mCNT 삼원소 나노입자 복합체는 두 상의 응집작용 없이 얻었다. 여기에서 PLA-CPNT1 및 PLA-CPNT2로 기재되어 있는 최종 나노입자 복합체는 디스크 타입 표본(두께×열판은 1×10 mm2 이고 3×5 mm2 이다)을 형성하기 위해서 180℃ 열판에서 제조되었다. 비교를 위해서, mCNTS 없는 PLA-CP 복합체는 탄소나노튜브가 흡착된 CP 나노 입자 대신에 CP 나노입자를 사용함으로써 제조되었다. 이러한 복합체는 여기에서 PLA-CP로 기재되었다. 샘플을 생산하기 위해서 사용되는 물질의 양은 표 1에 기재하였다.
10 g of PLA was also dissolved in 50 ml chloroform solvent. Thereafter, 10 g of CPNT1 and CPNT2 were mixed with the prepared PLA / chloroform solution with stirring at 50 ° C. After fast extraction of the solvent in ethanol, PLA-CP-mCNT tri-element nanoparticle complexes containing 0.05 and 0.125 wt% (relative to nanoparticle complex) mCNTs were obtained without agglomeration of the two phases. The final nanoparticle composites described here as PLA-CPNT1 and PLA-CPNT2 are disk type specimens (1 × 10 mm 2 for thickness × hotplate and 3 × 5 mm 2 It was prepared in a 180 ℃ hot plate to form. For comparison, the PLA-CP composite without mCNT S was prepared by using CP nanoparticles instead of CP nanoparticles on which carbon nanotubes were adsorbed. Such complexes are described herein as PLA-CP. The amount of material used to produce the sample is listed in Table 1.

샘플의 제조를 위해 사용한 물질의 Of the material used for the preparation of the sample 양 과Sheep and 샘플의 이름 The name of the sample 샘플의 이름The name of the sample CPCP (+(+ mCNTmCNT )/PLA() / PLA ( wtwt /Of wtwt )) mCNTmCNT /CNT(/ CNT ( wtwt /Of wtwt )) PLAPLA 00 00 PLAPLA -- CPCP 1One 00 PLAPLA -- CPNT1CPNT1 1One 0.00250.0025 PLAPLA -- CPNT2CPNT2 1One 0.00100.0010

실험예Experimental Example 1: 성질 분석에서의 측정방법 1: Measurement Method in Property Analysis

표본의 형태는 주사전자현미경에 의해서 측정하였다(SEM, 히타치, 일본). 고분해능 SEM이미지는 JEM2100F (JEOL, 도쿄, 일본)을 사용하여 얻었다. 나노 복합체 샘플의 라만 스펙트럼은 Nd-YAG-레이저를 사용하여(1064 nm 자극 파장) 얻었다. 모든 샘플은 건조된 상태에서 분석하였다. PerkinElmer 스펙트럼 GX 스펙트로미터 (MA)를 사용하여 FT-IR이 측정되었다. 샘플과 단일형태소로 이루어진 KBr은 실리카-겔 건조제를 사용하여 건조기에서 보존하였다. FT-IR 스펙트로미터는 투과 모드와 스펙트럼(파동수 범위 500-4000cm-1)에서 측정되었다. 순수 단일형태 KBr 디스크는 배경 샘플로 사용되고 모든 데이터는 배경 스펙트럼 상태에서 얻어졌다. 열무게분석범(TGA)은 Seiko Exstar 6000 (TG/DTA6100; Seico, 일본)을 사용하여 공기 중에서 온도 범위 20 내지 800℃에서 10℃/mim 가열 속도로 측정하였다. 두 개의 열 판(Carver 3851-0)이 장착되어 있는 열-프레스 및 몰드(두께 × 지름 = 3 × 5 mm2 및 1 × 10 mm2)는 표본 디스크를 제조하기 위해서 준비하였다. 샘플의 인장 강도 성질은 Instron 3344를 상온에서 사용함으로써 간접인장강도(DTS)테스트에 의해서 측정하였다. 표본(크기 3 × 5 mm2)을 속도 5mm/min로 적재하고 DTS 값을 측정하였다. 전체 4개의 표본은 각각의 조건에서 측정되었다(n = 4).
The shape of the sample was measured by scanning electron microscopy (SEM, Hitachi, Japan). High resolution SEM images were obtained using JEM2100F (JEOL, Tokyo, Japan). Raman spectra of the nanocomposite samples were obtained using Nd-YAG-laser (1064 nm stimulus wavelength). All samples were analyzed in the dry state. FT-IR was measured using a PerkinElmer Spectrum GX Spectrometer (MA). KBr, consisting of the sample and monomorphic, was stored in a dryer using a silica-gel desiccant. The FT-IR spectrometer was measured in transmission mode and in the spectrum (wavelength range 500-4000 cm -1 ). Pure monoform KBr discs were used as background samples and all data was obtained in the background spectral state. Thermogravimetric analyzer (TGA) was measured using a Seiko Exstar 6000 (TG / DTA6100; Seico, Japan) at 10 ° C./mim heating rate in the temperature range 20-800 ° C. in air. Heat-presses and molds (thickness × diameter = 3 × 5 mm 2 and 1 × 10 mm 2 ) equipped with two heat plates (Carver 3851-0) were prepared to prepare sample discs. The tensile strength properties of the samples were measured by indirect tensile strength (DTS) test using Instron 3344 at room temperature. Samples (size 3 × 5 mm 2 ) were loaded at a speed of 5 mm / min and the DTS values were measured. All four samples were measured under each condition (n = 4).

실험예Experimental Example 2: 세포성장에 있어서  2: in cell growth inin vitrovitro 분석에서의 측정방법 Measurement method in analysis

Murine-유도 pre-골아세포 세포 line(Murin-derived pre-osteoblast cell line)(MC3T3-E1)를 나노입자 복합체, PLA-CP, PLA-CPNT1, 및 PLA-CPNT2에 대한 세포반응을 측정하기 위해서 사용하였다. 샘플 디스크는 각각의 24-well plate의 well에 놓았다. 그 후 70%의 에탄올로 살균하였다. 세포는 그 후 샘플마다 4 × 104 세포밀도로 시드하였다. 표준 세포 분석 조건 (37℃ 온도, 공기중 5% CO2 및 95% 습도)에서 10% fetal vovin serum (FBS) 및 1% 페니실린/스트렙토마이신으로 보충되는 α-minimal essential medium (α-MEM)을 포함하는 표준세포 조건에서 14일까지 배양하였다. 샘플의 세포 단일형태는 세포를 부착한 후에 금 코팅 및 헥사케틸디실라잔(hexamethyldisilazan)으로 처리하고 에탄올처리의 순차적인 순서에 의해서 탈수반응을 하고 SEM에 의해서 이미지를 측정하였다. MTS 방법을 사용하여 미토콘드리아 활성의 생존가능 세포를 측정함으로써 세포 생존도를 측정하였다. CellTiter 96 Aqueous One 용액(Promega)은 세포 배양을 위해서 첨가하였다. 그 후 490nm의 흡광도에서 색상 정량분석에 의해서 측정하였다. 세 개의 복제된 샘플은 각각의 조건에서 측정하였다(n=3).
Murine-derived pre-osteoblast cell line (MC3T3-E1) is used to measure cellular responses to nanoparticle complexes, PLA-CP, PLA-CPNT1, and PLA-CPNT2 It was. Sample discs were placed in the wells of each 24-well plate. Then sterilized with 70% ethanol. The cells were then seeded at 4 × 10 4 cell density per sample. Α-minimal essential medium (α-MEM) supplemented with 10% fetal vovin serum (FBS) and 1% penicillin / streptomycin at standard cell assay conditions (37 ° C. temperature, 5% CO 2 and 95% humidity in air) Cultured up to 14 days in standard cell conditions. The cell monomorphic form of the sample was treated with gold coating and hexamethyldisilazan after attaching the cells, dehydrated by sequential order of ethanol treatment, and images were measured by SEM. Cell viability was measured by measuring viable cells of mitochondrial activity using the MTS method. CellTiter 96 Aqueous One solution (Promega) was added for cell culture. It was then measured by color quantitative analysis at an absorbance of 490 nm. Three replicated samples were measured at each condition (n = 3).

실험예Experimental Example 3: 골 세포 분화 연구 방법 3: Research Method for Bone Cell Differentiation

Alkaline phosphatase(ALP) 활성을 나노 복합체에 대한 반응으로 조골세포로의 세포 분화를 평가하기 위해서 측정하였다. 특히, 조골세포로 세포분화를 유도하기 위해서 10 mM ß-글리세롤 포스페이트 및 50 ㎍/ml 아스코르빅 산을 포함하는 골형성 요소를 표준 배양 환경 (10% FBS 및 1% 페니실린/스트렙토마이신으로 보충된 α-MEM)에 추가하였다. 7 에서 14일 동안 샘플에서 배양된 세포를 ALP결정을 위해서 사용하였다. 적어도 세 개의 표본을 분석을 위한 충분한 단백질 양을 확보하기 위해서 수집하였다. 세포 펠렛을 모았고, 0.1% 트리톤 X-100으로 처리하였고 연속 냉각화 및 해빙화에 의해서 분열하였다. 그 다음으로, 전체 단백질 함량을 상업적 DC 단백질 분석 키트(BioRad)를 사용하여 분석하였다. 효소화 반응을 위해서, 제조자의 지시(Sigma)에 따라서 각각의 샘플에 기질로서 p-나이트로페닐 포스페이트를 포함하는 ALP 반응 환경에 첨가하였다. 효소 생성물의 레벨, p-나이트로페놀은 405nm 흡광도에서 변화에 기반하여 측정하였다. ALP 활성 레벨은 단백질 표준 커브로부터 제외하였다. 이것은 bovine serum albumin (Sigma)를 사용하여 얻어졌다. 세 개의 복제 샘플이 각각의 조건에서 측정하였다(n=3).
Alkaline phosphatase (ALP) activity was measured to assess cell differentiation into osteoblasts in response to nanocomposites. In particular, osteogenic elements comprising 10 mM ß-glycerol phosphate and 50 μg / ml ascorbic acid were supplemented with standard culture environment (10% FBS and 1% penicillin / streptomycin) to induce cell differentiation into osteoblasts. α-MEM). Cells cultured in the sample for 7 to 14 days were used for ALP determination. At least three samples were collected to ensure sufficient protein amount for analysis. Cell pellets were collected, treated with 0.1% Triton X-100 and split by continuous cooling and thawing. The total protein content was then analyzed using a commercial DC protein analysis kit (BioRad). For the enzymatic reaction, according to the manufacturer's instructions (Sigma), each sample was added to an ALP reaction environment containing p-nitrophenyl phosphate as substrate. The level of enzyme product, p-nitrophenol, was determined based on the change in 405 nm absorbance. ALP activity levels were excluded from protein standard curves. This was obtained using bovine serum albumin (Sigma). Three replicate samples were measured at each condition (n = 3).

나노 복합체의 성장에 있어서 세포 유전자 표현 프로파일은 polymerase 사슬 반응(qRT-PCR) 양적 실제 시간에 의해서 측정하였다. 세포 종자화 7일 후에 Qiagen RNeasy Mini kit (Qiagen, South Korea)를 사용하여 각각의 샘플로부터 전체 RNA를 추출하였다. 그 다음, 전체 RNA의 2 ㎍이 반대 전사 효소 반응을 수행하기 위해서 사용하였다. 얻어진 DNA는 PCR을 위해서 주형으로 사용하였다. 오스테오폰틴(OPN), 골 시아로프로테인(BSP), 콜라겐 타입 Ⅰ(Col Ⅰ), 그리고 오스테오칼신 (OCN)을 포함하는 조골세포 분화 마커에 의해서 측정되었다. 배열 및 역배열 프라이머는 GeneBank에서 입수가능한 cDNA 배열을 사용하기 위해서 디자인되었다. 그리고 ß- actin은 RNA 발현을 정상화하기 위해서 housekeeping gene으로 사용하였다. 실제-시간 PCR은 스펙트로플루오로메트릭 열적 순환기 (Rotor-Gene 3000, Corbett Research, Korea)에서 SYBR Green PCR kit(Quantace, GCbiotech, Netherlands)를 사용하여 측정하였다. 실제-시간 PCR을 수행한 후에, GAPDH와 관련된 다양한 유전자의 효과를 측정하기 위해서 Ct value를 사용하였다. 이것을 내부 조절제( △Ct = Ct gene - Ct ß-actin )로 사용하였다. 각각의 샘플에서 mRNA는 다른 것과 비교한 경우의 △△Ct(△Ct gene - △Ct control)측정 값에 의해서 계산되었다. 각각의 측정방법은 세 번 수행하였다(n=3). 유전자의 프라이머 시퀀스는 표2에 표현하였다.
Cell gene expression profiles in the growth of nanocomposites were measured by polymerase chain reaction (qRT-PCR) quantitative real time. Seven days after cell seeding, total RNA was extracted from each sample using the Qiagen RNeasy Mini kit (Qiagen, South Korea). Next, 2 μg of total RNA was used to perform the reverse transcription enzyme reaction. The obtained DNA was used as a template for PCR. It was measured by osteoblast differentiation markers including osteopontin (OPN), bone cyaroprotein (BSP), collagen type I (Col I), and osteocalcin (OCN). Array and inverted primers were designed to use cDNA arrays available from GeneBank. And ß-actin was used as a housekeeping gene to normalize RNA expression. Real-time PCR was measured using a SYBR Green PCR kit (Quantace, GCbiotech, Netherlands) in a spectrofluorometric thermal cycler (Rotor-Gene 3000, Corbett Research, Korea). After real-time PCR, Ct values were used to measure the effects of various genes associated with GAPDH. This was used as internal regulator (ΔCt = Ct gene-Ct ß-actin). MRNA in each sample was calculated by ΔΔCt (ΔCt gene-ΔCt control) measurements compared to the other. Each measurement was performed three times (n = 3). Primer sequences of the genes are shown in Table 2.

실제시간 Actual time PCRPCR 을 위한 for someone 프라이머primer 시퀀스sequence 주형template 역주형Inverse ColCol I I 5'-5'- tgttcgtggttctcagggtagtgttcgtggttctcagggtag -3'-3 ' 5'-5'- ttgtcgtagcagggttctttcttgtcgtagcagggttctttc -3'-3 ' BSPBSP 5'-5'- ataggcaacgagtacaacacataggcaacgagtacaacac -3'-3 ' 5'-5'- gtatccagatgcaaagacaggtatccagatgcaaagacag -3'-3 ' OCNOCN 5'-5'- tgaggaccctctctctgctctgaggaccctctctctgctc -3'-3 ' 5'-5'- gggctccaagtccattgttgggctccaagtccattgtt -3'-3 ' OPNOPN 5'-5'- atctgatgagtccttcactgatctgatgagtccttcactg -3'-3 ' 5'-5'- gggatactgttcatcagaaagggatactgttcatcagaaa -3'-3 ' ß- ß- actinactin 5'-5'- gctacgagctgcctgacgggctacgagctgcctgacgg -3'-3 ' 5'-5'- gaggccaggatggagccgaggccaggatggagcc -3'-3 '

콜라겐 타입 1의 발현 및 PLA, PLA-CP, PLA-CPNT1 중의 하나에서 21 동안 배양된 세포에 있어서 골 ALP는 웨스턴 블랏 분석방법에 의해서 단백질 레벨을 측정하였다. 간략하게, 배양된 세포의 추출은 세포 lysis RIPA 완충용액으로 준비하였다. 단백질 샘플을 10% 소듐 도데실 설페이트-폴리-아크릴아마이드 젤에서 분해하였다. 0.1% Tween-20 함유 Tris-완충 saline에서 2.5% bovine serum albumin으로 제한한 나이트로셀룰로오스 막에 트랜스블롯하였다. 막은 일차 항원(항-마우스 콜라겐 항원; 1:100, 항-마우스 골 ALP 항원; 1:100)으로 블롯(blotting)하기 위해서 비닐 백에 넣었다. 모든 항원은 lowa 대학의 Development studies Hybridoma Bank에서 구매하였다. 블롯은 horseradish peroxidase-conjugated된 이차 이뮤노글로블린G 와 면역반응 밴드로 배양되고 강화된 chemiluminescent ECL 감지제(Pierce, Rockford)를 사용해서 측정하였다.
Bone ALP in the expression of collagen type 1 and cells cultured for 21 days in one of PLA, PLA-CP, PLA-CPNT1 was measured protein levels by Western blot analysis. Briefly, extraction of cultured cells was prepared with cell lysis RIPA buffer. Protein samples were digested in 10% sodium dodecyl sulfate-poly-acrylamide gel. Transblotting was performed on nitrocellulose membranes limited to 2.5% bovine serum albumin in Tris-buffered saline containing 0.1% Tween-20. The membrane was placed in a plastic bag for blotting with the primary antigen (anti-mouse collagen antigen; 1: 100, anti-mouse bone ALP antigen; 1: 100). All antigens were purchased from Lowa University's Development studies Hybridoma Bank. Blots were measured using horseradish peroxidase-conjugated secondary immunoglobulin G and chemiluminescent ECL sensitizers (Pierce, Rockford) incubated with enhanced immune response bands.

실험예Experimental Example 4: 통계학적 분석 4: statistical analysis

기계적 그리고 세포 테스트를 통해서 얻어진 자료는 평균 및 표준 편차에 의해서 나타난다. 데이터의 통계학적 분석은 one-way analysis of variance (ANOVA) 의 방법에 의해서 수행하였다. Bonferroni correction 및 주요 레벨은 p < 0.05 또는 p < 0.01 이다.
Data obtained through mechanical and cellular tests are represented by mean and standard deviation. Statistical analysis of the data was performed by the method of one-way analysis of variance (ANOVA). Bonferroni correction and major levels are p <0.05 or p <0.01.

결과 및 검토Results and review

1. One. 하이브리드hybrid 나노파우더 및  Nano powder and PLAPLA 나노복합체 Nanocomposite

다중벽 탄소나노튜브(MWNTS)는 초기 조건에서 매우 소수성이다. 따라서 대부분의 실험 용매에서 분산되기 어렵다. 결과적으로, 고분자로 된 조성물을 함유하는 CNTS의 사용은 제한적이었다. 이러한 결점을 극복하기 위해서 실시예에 기술한 방법에 의한 화학적 개질 방법에 의해서 새로운 형태의 CNTS를 합성하였다. 도 1에는 mCNTS-CP 흡착된 입자를 생산하기 위한 제조과정이 나타나 있다. 그리고 더 나아가서 PLA 나노 복합체의 제조과정이 나타나 있다. 초기의 CNTS(pCNTS)는 개질된 CNTS(mCNT(X))로 전환된다. 여기에서 X는 SbF6 또는 Cl을 나타내는 음이온이다. CNTS 옆면을 양전하를 유지하도록 개질하기 위해서는, 초기에는 활성화된 THF Lewis-acidic 이온화 용액[bmin][Sb2F11]([bmim]=1-부틸-3-메틸이미다졸리움)을 사용하고, 이것은 강한 전하를 띠는 물질을 형성하기 위해서 열역학적으로 안정한 THF 용매 고리를 형성한다. 그 다음으로, 활성화된 THF에서 CNTS는 SbF6 중심-음이온의 존재시에 협력관계로서 양전하의 표면을 제공하기 위해서 알킬화되었다. 이것은 구체적인 사용을 위해서 다른 이온으로 교환이 가능하다. 용매의 범위에 따라서 용해도를 조절할 수 있다.
Multi-walled carbon nanotubes (MWNT S ) are very hydrophobic at initial conditions. Therefore, it is difficult to disperse in most experimental solvents. As a result, the use of CNT S containing polymer compositions has been limited. In order to overcome this drawback, a new type of CNT S was synthesized by chemical modification by the method described in the Examples. 1 shows a manufacturing process for producing mCNT S- CP adsorbed particles. And furthermore, the manufacturing process of PLA nanocomposite is shown. Initial CNT S (pCNT S ) is converted to modified CNT S (mCNT (X)). X is an anion which shows SbF 6 or Cl here. CNT S Side To maintain a positive charge To modify, initially activated THF Lewis-acidic ionization solution [bmin] [Sb 2 F 11 ] ([bmim] = 1-butyl-3-methylimidazolium), which is a highly charged substance To form a thermodynamically stable THF solvent ring. Next, CNT S in activated THF was alkylated to provide a positively charged surface in cooperation in the presence of SbF 6 center-anions. It can be exchanged for other ions for specific use. Solubility can be adjusted according to the range of a solvent.

표면의 이온화 개질로 인해서 새로운 m-CNTS는 간단하게 클로로포름, 디클로로메탄, 및 THF 유기용매에 녹는다. 이것은 PLA 와 같은 생체고분자의 용해를 위해서 사용되는 일반적인 유기용매이다. 따라서 생체고분자-CNTS 나노 복합체의 섬유화를 촉진한다. 본 연구에서는 CP가 복합된 나노입자를 제조하기 위해서 THF에서 매우 균일한 Cl-교환 CNTS(mCNT[Cl])를 사용하였다. THF에 용해한 CNTS는 CNTS의 응집 작용 없이 안정하였다. 그리고 침전물이 가라앉았고 이러한 안정화는 몇 달 동안 지속되는 것이 관찰되었다. CP-CNTS복합 나노입자는 CP나노입자를 균일화된 mCNT/THF 용액에 넣어서 휘저음 하면서 간단하게 제조되었다. 이러한 제조 과정 동안, 잘 분산된 초미립자 탄소 나노튜브 분자가 CP 나노입자의 표면에 흡착을 유도하였다. mCNT 0.1 및 0.25 중량%의 두 개의 다른 농도를 포함하는 결과적으로 복합된 나노입자, 그들의 색에 기반한 순수한 CP 입자로부터 분명하게 구별이 되는 나노입자, 여기서는 CPNT1 및 CPNT2로 각각 정의된다. 따라서, CPNTS를 포함하는 PLA 나노 복합체의 제조는 PLA-클로로포름 용액에서 CPNTS나노입자를 도입하기 쉽게 하기 위해서 수행되었다. 에탄올에서 용매를 추출한 후에 고체화된 나노입자는 디스크에 주조되었다.
Due to the surface ionization modification, the new m-CNT S simply dissolves in chloroform, dichloromethane, and THF organic solvents. This is a common organic solvent used for the dissolution of biopolymers such as PLA. Therefore, it promotes the fibrosis of the biopolymer-CNT S nanocomposite. In this study, a very homogeneous Cl-exchange CNT S (mCNT [Cl]) was used in THF to prepare nanoparticles complexed with CP. CNT S dissolved in THF was stable without the coagulation action of CNT S. The sediment settled down and this stabilization was observed for several months. CP-CNT S composite nanoparticles were prepared simply by stirring the CP nanoparticles in a uniform mCNT / THF solution. During this process, well dispersed ultrafine carbon nanotube molecules induced adsorption on the surface of the CP nanoparticles. The resulting composite nanoparticles containing two different concentrations of mCNTs 0.1 and 0.25% by weight, nanoparticles clearly distinguishable from pure CP particles based on their color, are here defined as CPNT1 and CPNT2, respectively. Thus, the production of PLA nanocomposite containing CPNT S was carried out in order to facilitate the introduction of S nanoparticles CPNT PLA- in chloroform solution. After extracting the solvent from ethanol, the solidified nanoparticles were cast onto discs.

비록 CPNT 복합 나노입자의 색의 변화는 mCNTS의 존재를 대표하지만, mCNTS는 mCNT의 농도가 상당히 낮기 때문에 (0.1 및 0.25 중량%) 빠르게 알아차리기 어려웠다. SEM 이미지의 높은 분해능에서 그 존재를 더 쉽게 알 수 있고 mCNTS의 복합된 정도, 도 2에 나타내었다(mCNTS를 화살표로 나타냄). mCNT 분자는 CP나노입자와 잘 혼합되었다(수백의 나노미터).
Although CPNT change in the color of the composite nanoparticles are representative of the existence of S mCNT However, mCNT S is difficult to notice quickly because the concentration of mCNT extremely low (0.1 and 0.25% by weight). The high resolution of the SEM image makes it easier to see its presence and the degree of complication of mCNT S is shown in FIG. 2 (mCNT S is indicated by the arrow). mCNT molecules were well mixed with CP nanoparticles (hundreds of nanometers).

복합된 CPNT 나노입자는 나노복합체를 제조하기 위해서 PLA 고분자와 혼합되었다. 내부 형태구조를 밝히기 위한 표본의 나노복합체의 마이크로-나노-구조는 도 3에 나타나 있다. 비록 마이크로 구조의 입자 단계가 PLA-CP에서 관찰되더라도 CP-첨가된 복합체의 SEM cross-sectioned 형태 [PLA-CP 도 3(b)]은 순수한 PLA [도 3(a)]와 상당히 유사하였다. 그러나 CPNT-첨가된 복합체의 형태 [PLA-CPNT1 및 PLA-CPNT2, 도 3(c,d)]는 앞에서 언급된 복합체와 상당히 다르다. 이것은 섬유의 나노구조를 보이며 CNT의 존재에 기여한다. 도 3의 이미지에 기반하여, CPNT 나노입자덩어리가 보이지 않으며 나노입자는 PLA 상에서 균일하게 분산되는 것 같아 보인다.
The composite CPNT nanoparticles were mixed with PLA polymer to prepare nanocomposites. The micro-nano-structure of the nanocomposite of the specimen to reveal the internal morphology is shown in FIG. 3. Although microscopic particle steps were observed in PLA-CP, the SEM cross-sectioned form of the CP-added complex [PLA-CP Figure 3 (b)] was quite similar to pure PLA [Figure 3 (a)]. However, the form of the CPNT-added complex [PLA-CPNT1 and PLA-CPNT2, FIG. 3 (c, d)] differs significantly from the complex mentioned above. This shows the nanostructure of the fiber and contributes to the presence of CNTs. Based on the image of FIG. 3, no clumps of CPNT nanoparticles are seen and the nanoparticles appear to be uniformly dispersed on the PLA.

2. 나노입자의 제조2. Preparation of Nanoparticles

생성된 나노입자의 구조적 성질은 FT-IR 및 라만 스펙트럼에 의해서 측정된다. PLA-CPNT2 나노복합체의 FT-IR 스펙트럼은 도 4(a)에 대표적인 예로서 나타난다. 1750-1735 범위 및 1300-1100 cm-1 강한 C=O 및 C-O 스트레칭 밴드는 각각 PLA의 에스터 그룹과의 반응이 관측되었다. 게다가, 포스페이트의 P=O 및 P-O 그룹은 1300-1240 cm- 1 에서 매우 강한 밴드를 가지고 1088-725 cm-1의 범위에서 몇몇의 밴드를 가진다. 라만 스펙트로스코피가 또한 도입되었고 도 4(b)에 나타내었다. ca. 1290 (D 밴드) 및 1600 (G 밴드)의 피크의 성질이 분명하게 PLA-CPNT2 나노복합체에서 mCNTS 가 존재함을 증명한다.
The structural properties of the resulting nanoparticles are measured by FT-IR and Raman spectra. The FT-IR spectrum of the PLA-CPNT2 nanocomposite is shown as a representative example in Figure 4 (a). The 1750-1735 range and the 1300-1100 cm −1 strong C═O and CO stretching bands were observed to react with the ester group of PLA, respectively. In addition, P = O and PO is a group of phosphate 1300-1240 cm - have a few of the band within the range of 1088-725 cm -1 has a very strong band at 1. Raman spectroscopy was also introduced and shown in FIG. 4 (b). ca. The nature of the peaks of 1290 (D band) and 1600 (G band) clearly demonstrates the presence of mCNT S in PLA-CPNT2 nanocomposites.

단단한 세포 임플란트 물질로서 표 3에 요약되어 있듯이 새로이 발견된 PLA-CPNT 나노복합체의 적합성을 측정하는 데 있어서 기계적 성질은 가장 중요한 성질 중의 하나이다. 따라서, 물질의 DTS는 실온에서 측정되고 표 3에 요약되었다. 순수한 PLA의 관점에서, CP의 첨가(10, 20, 30, 40 및 50 중량%)는 인장강도를 상당히 증가시켰다. CPNT 복합 나노입자를 CP (10, 30, 50 중량%) 대신에 PLA를 첨가하였을 때, 강도는 훨씬 더 증가하였다. 강도는 유지되거나 향상되었다. 특히, CPNT2의 경우에는 나노입자의 첨가 양의 증가로 인해서 인장강도의 값이 계속적으로 증가하였다. 그리고 CPNT2 50%에서 가장 높은 인장 강도 값이 얻어졌다.
As summarized in Table 3 as a rigid cell implant material, mechanical properties are one of the most important properties in determining the suitability of newly discovered PLA-CPNT nanocomposites. Thus, the DTS of the material was measured at room temperature and summarized in Table 3. In terms of pure PLA, the addition of CP (10, 20, 30, 40 and 50% by weight) significantly increased the tensile strength. When CPNT composite nanoparticles were added PLA instead of CP (10, 30, 50% by weight), the strength increased even more. Strength was maintained or improved. In particular, in the case of CPNT2, the tensile strength increased continuously due to the increase in the amount of nanoparticles added. And the highest tensile strength value was obtained at 50% of CPNT2.

PLAPLA 와 이의 나노복합체의 기계적 인장 강도 Tensile Strength of and its Nanocomposites mCNTmCNT 함량( content( CPCP 에 대한%) %) CPCP 함량 ( content ( PLAPLA 에 대한 %)%) 인장강도The tensile strength , 평균(, Average( stdstd ), ), MPaMPa %증가 (w.r.t.  % Increase (w.r.t. PLAPLA )) PLAPLA 00 00 6.0(0.9)6.0 (0.9) -- PLAPLA -- CPCP



00 1010 11.9(2.5)*11.9 (2.5) * 198198
00 2020 12.5(2.4)*12.5 (2.4) * 208208 00 3030 9.5(0.5)*9.5 (0.5) * 158158 00 4040 11.3(2.4)*11.3 (2.4) * 188188 00 5050 10.3(3.0)**10.3 (3.0) ** 172172 PLAPLA -CPNT1(-CPNT1 ( lowlow mCNTmCNT ))

0.00100.0010 1010 10.9(2.2)*10.9 (2.2) * 182182
0.00100.0010 3030 14.0(0.4)**++14.0 (0.4) ** ++ 233233 0.00100.0010 5050 11.7(0.7)**11.7 (0.7) ** 195195 0.00250.0025 1010 10.4(0.4)*10.4 (0.4) * 173173 0.00250.0025 3030 14.3(1.1)**++14.3 (1.1) ** ++ 238238 0.00250.0025 5050 15.9(0.9)**+15.9 (0.9) ** + 265265 ANOVAANOVA 에 의한 통계적 분석은 *p<0.05 및 **p<0.Statistical analysis by * p <0.05 and ** p <0. 01 에서From 01 PLAPLA 에 대한 그리고 +p,0.05 및 ++p<0.01에서 For and at + p, 0.05 and ++ p <0.01 PLAPLA -- CPCP 에 대한 나노복합체의 상당한 차이를 보여주었다.Showed significant differences in nanocomposites for.

이러한 결과에 의해서, 50%까지 증가된 CP를 함유하는 개질된 CNT를 흡착하는 나노입자는 PLA 고분자의 강도를 증가시키기 위해서 효과적으로 PLA 매트릭스 안에서 분산되었다. 게다가, CNT 흡착된 CP 나노입자는 재강화 효과가 감소되지 않았다. 반면에, CP 나노입자에 CNT 분자의 첨가는 나노복합체의 강도를 강화시켰다 그리고 이러한 효과는 초기의 CP 나노입자를 통해서 잘-균등화된 CNTS에 의해서 촉진되는 것으로 여겨진다. 그리고 PLA 매트릭스 안에서 이것들이 더 잘 분산된 형태를 갖는다.
As a result, nanoparticles adsorbing modified CNTs containing CP increased by 50% were effectively dispersed in PLA matrix to increase the strength of PLA polymer. In addition, CNT adsorbed CP nanoparticles did not reduce the reinforcement effect. On the other hand, the addition of CNT molecules to CP nanoparticles enhanced the strength of the nanocomposites and this effect is believed to be promoted by well-equalized CNT S through the initial CP nanoparticles. And these are more dispersed in the PLA matrix.

3. 3. InIn vitrovitro 세포 성장과 조골세포 분화 Cell growth and osteoblast differentiation

본원발명의 나노복합체의 in vitro 생물학적 현상은 세포 증식 및 조골세포 분화를 통해서 판단된다. MC3T3-E1 세포는 PLA에서 배양되고 CP 또는 CPNTS 나노복합체와 세포 성장 레벨은 MTS 방법에 의해서 측정된다. 이것은 도 5(a)에 나타내었다. 최초의 세포 증식은 3일 안에 이루어졌고 나노 복합체에 대해서 PLA에 비해서 상당히 높은 수준이었다. 그리고 특히 PLA-CPNT1의 성장에 대해서 PLA-CP에 비해서 상당히 높은 수준이었다. 7일 내지 14일 동안의 배양에 의해서 PLA-CPNT1에 서 세포성장은 다른 그룹과 비교하였을 때 여전히 높게 나타났다. 7일째에는 PLA-CPNT2에 대해서 약간 감소하였다. 도 5(b)에 기재된 바와 같이 7일째의 샘플은 세포 형태가 성장하였다. 그리고 대부분 완벽하게 근원적인 물질을 커버하였고, 뛰어난 세포 생활력을 보였다. 이러한 결과에 기반하여 PLA에 CP-기반의 나노입자를 추가하는 것은 세포 생존력에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 여겨진다. 그리고 나노복합체에서의 CNT의 존재는 어떠한 세포독성 효과도 보이지 않았다. 그러나, CNTS (0.05%)적은 농도 대신 세포 재생 능력을 자극하였다.
In vitro biological phenomena of the nanocomposites of the present invention are determined through cell proliferation and osteoblast differentiation. MC3T3-E1 cells are cultured in PLA and CP or CPNT S nanocomposites and cell growth levels are measured by MTS method. This is shown in Fig. 5 (a). Initial cell proliferation occurred within three days and was significantly higher than PLA for nanocomposites. In particular, the growth of PLA-CPNT1 was significantly higher than that of PLA-CP. Cell growth in PLA-CPNT1 was still high when compared to the other groups by incubation for 7-14 days. On day 7, there was a slight decrease for PLA-CPNT2. As illustrated in FIG. 5 (b), the sample on day 7 grew in cell morphology. And most of them completely covered the underlying material and showed excellent cell viability. Based on these results, the addition of CP-based nanoparticles to PLA is believed to have a positive effect on cell viability. And the presence of CNT in the nanocomposite showed no cytotoxic effect. However, CNT S (0.05%) stimulated cell regeneration ability instead of low concentration.

나노복합체에 있어서 세포의 조골세포 분화는 14일까지(도 6) 배양하는 동안 ALP활성에 기반하여 측정되었다. ALP 단계는 전체 단백질 양을 평균화하여 측정되었다. 결과는 시간-의존적 ALP 향상을 보여주었다. 게다가, ALP활성은 CP 또는 CPNT 나노입자의 PLA로의 첨가로 인해서 양쪽 배양 시간에서 상당히 증가하였다. ALP에서의 증가는 CPNT1이 첨가되었을 때가 최고였다.
Osteoblast differentiation of cells in nanocomposites was measured based on ALP activity during incubation up to 14 days (FIG. 6). ALP steps were measured by averaging the total protein amount. The results showed a time-dependent ALP improvement. In addition, ALP activity was significantly increased at both incubation times due to the addition of CP or CPNT nanoparticles to PLA. The increase in ALP was highest when CPNT1 was added.

콜라겐 타입 Ⅰ(Col Ⅰ)을 포함하는 골 세포와 관련된 유전자 표현은, OPN, BSP, 및 OCN은 qRT-PCR을 사용하여, 도 7에서 보여주듯이 증폭되었다. Col Ⅰ 및 OPN 은 대부분의 나노복합체에 있어서 많이 자극되지 않는다. BSP 및 OCN은 상당히 나노복합체에 있어서 상당히 높게 평가되었다. 특히 PCL-CPNT1의 측면에서. BSP 및 OCN은 골 세포 분화와 미네랄화의 마지막 단계를 포함하는 구체적 유전자이다. PLA-CPNT1 나노복합체에 대한 그들의 상당한 up-regulation은 조골세포 발달을 겪는 세포를 유도하는 잠재적인 기질을 제공한다. 콜라겐의 단백질 표현은 type Ⅰ 및 ALP는 웨스턴 블랏 분석방식에 의해서 도 8에서 보여지듯이 측정되었다. 세포는 PLA 또는 PLA-CP 또는 PLA-CPNT1 중의 하나로 21일 동안 배양되었다. 그리고 세포적 구조는 샘플 그룹에 기반하여 콜라겐 type Ⅰ의 경우에 유사하게 관찰되었다.
Gene expressions associated with bone cells comprising collagen type I (Col I) were amplified as shown in FIG. 7 using qRT-PCR, OPN, BSP, and OCN. Col I and OPN are not much stimulated for most nanocomposites. BSP and OCN were rated significantly higher for the nanocomposites. Especially in terms of PCL-CPNT1. BSP and OCN are specific genes that include the final stages of bone cell differentiation and mineralization. Their significant up-regulation of the PLA-CPNT1 nanocomposites provides a potential substrate for inducing cells undergoing osteoblast development. Protein expression of collagen was determined as shown in Figure 8 by Western blot analysis of type I and ALP. Cells were incubated for 21 days with either PLA or PLA-CP or PLA-CPNT1. The cellular structure was similarly observed for collagen type I based on the sample group.

단백질의 변화 및 유전자 표현 레벨은 생고분자 PLA 내에 있는 포함되는 물질로서 CP-CNTS 혼합 나노입자의 긍정적인 역할 증명한다. 단단한 세포 임플란트 장치에서 CNT-첨가 나노복합체의 사용, 골 고정에 있어서. 오직 적은 농도의 CNTS(0.05%)는 굉장히 조골세포의 확대 및 분화를 향상시킨다. PLA에 첨가한 CNTS는 기질에서의 나노구조를 변화해야 한다. 고 분해능 전자 현미경에 의해서 밝혀졌듯이, CNT는 PLA 매트릭스와 관련된 분자는 최초 세포 부착 및 가능한 한 성장 및 분화. 분자 메커니즘이 완전히 밝혀지지 않음에도 나노구조 물질의 역할 특히, CNTS와 관련된, 조골세포의 성장 및 흡착력 향상에 있어서 최근에 여러 논문에 기재되어 있다. CNTS에 대한 기질의 전기 전도성은 또 다른 가능한 세포 기능을 바꿀 수 있는 파라미터이다. 세포의 막 포텐셜 및 단백질 흡착력은 매우 높게 조절된다. 이러한 행동에 대한 비록 정확한 메커니즘이 더 나은 조사를 위해서 필요하다. 계속되는 연구는 이러한 새로운 타입의 나노복합체의 적용을 촉진하는데 있어서 in vivo 세포 반응을 포함한다. Protein changes and gene expression levels demonstrate the positive role of CP-CNTS mixed nanoparticles as inclusion agents in biopolymer PLA. Use of CNT-added nanocomposites in solid cell implant devices, in bone fixation. Only small concentrations of CNTS (0.05%) greatly enhance the expansion and differentiation of osteoblasts. CNT S added to PLA should change the nanostructure on the substrate. As revealed by high resolution electron microscopy, CNT molecules associated with the PLA matrix are initially cell attached and possibly grown and differentiated. Although the molecular mechanisms are not fully understood, the role of nanostructured materials has been described in recent papers, particularly in improving the growth and adsorption capacity of osteoblasts, associated with CNT S. The electrical conductivity of the substrate for CNT S is another parameter that can alter another possible cellular function. The membrane potential and protein adsorption capacity of the cells are very high. Although accurate mechanisms for these behaviors are needed for better investigation. Ongoing research involves in vivo cellular responses in promoting the application of these new types of nanocomposites.

Claims (14)

하기 화학식 1로 표시되는 개질 CNT가 흡착된 인산칼슘 나노입자; 및
생분해성 고분자를 포함하는 나노복합체:
[화학식 1]
[CNT-((CH2)aO)bH]+[Y]-
(상기 화학식 1에서, [Y]-는 음이온을 나타내고,
2≤a≤6의 정수이고,
1≤b≤50의 정수이다)
Calcium phosphate nanoparticles having a modified CNT adsorbed by Formula 1; And
Nanocomposites containing biodegradable polymers:
[Formula 1]
[CNT-((CH 2 ) a O) b H] + [Y] -
(In the formula 1, [Y] - represents an anion,
An integer of 2 ≦ a ≦ 6,
Is an integer of 1≤b≤50)
제1항에 있어서, 상기 CNT는 단일벽 CNT, 이중벽 CNT 또는 다중벽 CNT인 것을 특징으로 하는 나노복합체.
The nanocomposite of claim 1, wherein the CNTs are single-walled CNTs, double-walled CNTs, or multi-walled CNTs.
제1항에 있어서, 상기 인산칼슘은 하이드록시아파타이트, 옥시 아파타이트, 인산이칼슘, 인산삼칼슘, 인산사칼슘, 칼슘메타 포스페이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노복합체.
According to claim 1, wherein the calcium phosphate is any one selected from the group consisting of hydroxyapatite, oxy apatite, dicalcium phosphate, tricalcium phosphate, tetracalcium phosphate, calcium meta phosphate and mixtures thereof Complex.
제1항에 있어서, 상기 [Y]-는 N3 -, Br-, Cl-, F-, I-, SbF6 -, 플러렌 음이온, CHB11H12 -, HS-, OCN-, SCN-, CN-, PF6 -, NTf2 -, OTf-, BF4 -, CO3 2 -, HCO3 -, OH-, NO3 -, NO2 -, PO4 3 -, HPO4 2 -, H2PO4 -, SO4 2 -, HSO4-. R-COO-, R-SO4 - (여기서, R은 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 아미노기를 포함하는 하나 이상의 작용기로 치환되거나 비치환된 알킬기 또는 아릴기를 나타냄), C2O4 2 -, HC2O4 -, 또는 RNA로부터 유도된 음이온, DNA로부터 유도된 음이온, 단백질로부터 유도된 음이온 및 양이온교환수지로부터 유도된 음이온으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노복합체.
2. The method of claim 1, wherein [Y] - is N 3 -, Br -, Cl -, F -, I -, SbF 6 -, fullerene anion, CHB 11 H 12 -, HS -, OCN -, SCN -, CN -, PF 6 -, NTf 2 -, OTf -, BF 4 -, CO 3 2 -, HCO 3 -, OH -, NO 3 -, NO 2 -, PO 4 3 -, HPO 4 2 -, H 2 PO 4 -, SO 4 2 - , HSO 4-. R-COO -, R-SO 4 - ( where, R is each independently a hydroxyl group or substituted with one or more functional groups comprising an amino group or unsubstituted represents an unsubstituted alkyl group or an aryl group), C 2 O 4 2 - , HC 2 O 4 -, or an anion derived from an RNA, a DNA derived from the anion, the anion and the nanocomposite, wherein the selected one from the group consisting of an anion derived from the cation exchange resin derived from the protein.
제1항에 있어서, 상기 개질 CNT의 함량은 상기 나노복합체에 대하여 0.05 중량% 내지 0.125 중량%인 것을 특징으로 하는 나노복합체.
The nanocomposite of claim 1, wherein the content of the modified CNT is 0.05 wt% to 0.125 wt% with respect to the nanocomposite.
제1항에 있어서, 상기 개질 CNT의 함량은 상기 인산칼슘 나노입자에 대하여 0.10 중량% 내지 0.25 중량%인 것을 특징으로 하는 나노복합체.
The nanocomposite of claim 1, wherein the modified CNT is present in an amount of 0.10 wt% to 0.25 wt% based on the calcium phosphate nanoparticles.
제1항에 있어서, 상기 인산칼슘의 함량은 상기 생분해성 고분자에 대해서 10 중량% 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 복합체.
The composite according to claim 1, wherein the calcium phosphate content is 10 wt% to 50 wt% with respect to the biodegradable polymer.
제1항에 있어서, 상기 생분해성 고분자는 폴리(글리콜산), 폴리(L-락트산), 폴리(D,L-락트산-코-글리콜산), 폴리(L-락타이드-코-D, L-락타이드), 폴리(히드록시부티레이트), 폴리(히드록시 발러레이트), 폴리(발레로락톤), 폴리(카프로락톤), 폴리디옥사논, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노복합체.
The method of claim 1, wherein the biodegradable polymer is poly (glycolic acid), poly (L-lactic acid), poly (D, L-lactic acid-co-glycolic acid), poly (L-lactide-co-D, L -Lactide), poly (hydroxybutyrate), poly (hydroxy valerate), poly (valerolactone), poly (caprolactone), polydioxanone, copolymers thereof and mixtures thereof Nanocomposite, characterized in that any one selected.
하기 화학식 1의 개질 CNT에 용매를 첨가한 후 교반 또는 초음파 처리하여 개질 CNT 용액을 준비하는 단계;
상기 개질 CNT 용액과 인산칼슘 나노입자를 혼합하여 개질 CNT가 흡착된 인산칼슘 나노입자 용액을 제조하는 단계;
상기 개질 CNT가 흡착된 인산칼슘 나노입자 용액을 생분해성 고분자와 혼합하는 단계; 및
상기 혼합물로부터 용매를 제거하는 단계
를 포함하는 나노복합체의 제조방법:
[화학식 1]
[CNT-((CH2)aO)bH]+[Y]-
(상기 화학식 1에서, [Y]-는 음이온을 나타내고,
2≤a≤6의 정수이고,
1≤b≤50의 정수이다)
Preparing a modified CNT solution by adding a solvent to the modified CNT of Formula 1, followed by stirring or sonication;
Mixing the modified CNT solution with calcium phosphate nanoparticles to produce a modified CNT-adsorbed calcium phosphate nanoparticle solution;
Mixing the modified CNT-adsorbed calcium phosphate nanoparticle solution with a biodegradable polymer; And
Removing solvent from the mixture
Method for producing a nanocomposite comprising:
[Formula 1]
[CNT-((CH 2 ) a O) b H] + [Y] -
(In the formula 1, [Y] - represents an anion,
An integer of 2 ≦ a ≦ 6,
Is an integer of 1≤b≤50)
제9항에 있어서, 상기 CNT는 단일벽 CNT, 이중벽 CNT 또는 다중벽 CNT인 것을 특징으로 하는 제조방법.
The method of claim 9, wherein the CNT is a single wall CNT, a double wall CNT, or a multi wall CNT.
제9항에 있어서, 상기 생분해성 고분자는 폴리(글리콜산), 폴리(L-락트산), 폴리(D,L-락트산-코-글리콜산), 폴리(L-락타이드-코-D, L-락타이드), 폴리(히드록시부티레이트), 폴리(히드록시 발러레이트), 폴리(발레로락톤), 폴리(카프로락톤), 폴리디옥사논, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 제조방법.
The method of claim 9, wherein the biodegradable polymer is poly (glycolic acid), poly (L-lactic acid), poly (D, L-lactic acid-co-glycolic acid), poly (L-lactide-co-D, L -Lactide), poly (hydroxybutyrate), poly (hydroxy valerate), poly (valerolactone), poly (caprolactone), polydioxanone, copolymers thereof and mixtures thereof Production method characterized in that the selected one.
제9항에 있어서, 상기 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 트리플루오로에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 테트라하이드로퓨란, 디클로로메탄, 클로로포름, 1,4-다이옥산, 아세톤, 에틸아세테이트, 메틸메타아크릴레이트, 에틸렌글리콜, 디메틸포름아마이드, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 제조방법.
The method of claim 9, wherein the solvent is water, methanol, ethanol, trifluoroethanol, propanol, isopropanol, tetrahydrofuran, dichloromethane, chloroform, 1,4-dioxane, acetone, ethyl acetate, methyl methacrylate, ethylene Method for producing any one selected from the group consisting of glycol, dimethylformamide, and mixtures thereof.
제9항에 있어서, 상기 개질 CNT 용액 1 ㎖에 대하여 상기 생분해성 고분자 10 내지 500 mg를 혼합하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
10. The method according to claim 9, wherein 10 to 500 mg of the biodegradable polymer is mixed with 1 ml of the modified CNT solution.
제9항에 있어서, 상기 용매를 제거하는 단계는 25℃ 내지 50℃에서 10분 내지 2일 동안 건조를 통해 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 9, wherein the removing of the solvent is performed by drying at 25 ° C. to 50 ° C. for 10 minutes to 2 days.
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