KR20130102887A - Bone plate for treatment of fractures and method for producing thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A bone plate for treating fractures and a manufacturing method thereof are provided to improve treatment efficiency by constantly maintaining the bending intensity of the bone plate according to treatment time. CONSTITUTION: A plate (10) is extended in a longitudinal direction. The plate is made of fiber reinforced composites. Adhesion layers (20) are located on the upper surface of the plate which is opposite to the bone and the lower surface of the plate in contact with the bone. The adhesion layers are made of biolytic materials. A plurality of through holes (15) are formed for tightening a screw which vertically passes through the upper and lower surfaces of the plate.

Description

골절 치료용 뼈 플레이트 및 이의 제조 방법{Bone plate for treatment of fractures and method for producing thereof}Bone plate for treatment of fractures and method for producing etc

본 발명은 골절 치료용 뼈 플레이트 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 치료 시기의 경과에 따른 골절뼈의 강성 증가에 대응하여 점차적으로 강성이 저감되는 섬유 강화 복합재료 및 생분해 재료를 사용한 플레이트로 체결하여 골절뼈의 전체적인 강성을 골절 치료 세포 분화에 적합한 수준으로 유지할 수 있는 골절 치료용 뼈 플레이트 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bone plate for the treatment of fractures and a method of manufacturing the same, and more particularly, a plate using a fiber-reinforced composite material and a biodegradable material which is gradually reduced in stiffness in response to an increase in stiffness of the fracture bone over time of treatment. The present invention relates to a bone plate for fracture treatment and a method for manufacturing the same, which can be fastened to maintain the overall rigidity of the fracture bone at a level suitable for fracture therapeutic cell differentiation.

일반적으로, 골절을 치료하기 위해, 골절 부위에 뼈 플레이트(plate)를 뼈의 표면에 배치하고, 플레이트에 설치된 구멍에 스크류를 끼워 골절뼈에 체결하고 있다.In general, in order to treat a fracture, a bone plate is placed on the surface of the bone at the fracture site, and a screw is inserted into a hole provided in the plate to fasten the fracture bone.

그런데, 기존의 뼈 플레이트는 티타늄 또는 스테인리스 강 계열의 금속으로 만들어져 골절이 일어난 부분에 직접적으로 삽입하여 스크류로 단단히 체결하고 있다. 그러나 골절뼈에 비해 상대적으로 높은 강성을 가지는 금속계 플레이트는 골절부에 작용하는 하중의 대부분을 지지함으로써 골절부와 플레이트 사이에 응력 방패현상을 유발한다. 골절부에 높은 응력 불균형이 발생하면 손상된 뼈에 바람직하지 않은 하중을 유발하는 것으로 알려져 있다.By the way, the existing bone plate is made of titanium or stainless steel-based metal directly inserted into the fracture portion is fastened with a screw firmly. However, the metal plate having a relatively higher rigidity than the fractured bone causes a stress shielding phenomenon between the fractured portion and the plate by supporting most of the load applied to the fractured portion. High stress imbalances in fractures are known to cause undesirable loads on damaged bones.

플레이트는 체내에 장시간 체결되어야 하기 때문에 재료 내 수분흡수에 따른 플레이트 강성에 대해 고려할 필요가 있는데, 골절부에서 치료 세포를 활발히 분화시키기 위해 일정 수준 이상 플레이트의 유연성을 확보해야 한다. 금속 재질의 플레이트는 체내 환경에서 수분 흡수율이 매우 낮기 때문에 치료 세포 분화에 필요한 자극을 유도하기 위한 적절한 강성 저하를 기대하기 어렵다. 또한 높은 응력 집중과 반복된 피로 하중으로 인하여 체결부의 스크류 및 플레이트에 피로파손이 발생하기도 한다.Since the plate has to be fastened in the body for a long time, it is necessary to consider the plate stiffness due to the absorption of moisture in the material, it is necessary to ensure the flexibility of the plate above a certain level in order to actively differentiate the treatment cells in the fracture. Since metal plates have a very low water absorption rate in the body environment, it is difficult to expect a suitable stiffness drop to induce the stimulation necessary for differentiating therapeutic cells. In addition, high stress concentrations and repeated fatigue loads can cause fatigue failures in the screw and plate of the joint.

즉, 금속으로 제작된 기존 금속 뼈 플레이트의 경우 플레이트의 강성이 골절뼈의 강성보다 지나치게 높아 응력 방패(Stress shielding) 효과를 유발하여 플레이트와 골절뼈 사이에 응력 불균형이 발생한다. 이는 보행 시 발생하는 대부분의 하중을 뼈가 아닌 플레이트가 받게 함으로써 골절뼈 부위에 치료 세포가 원활히 분화하기 위한 적절한 수준의 자극 전달이 억제되는 결과를 초래한다. 또한 체내 환경에서 수분 흡수율이 현저히 낮아 장시간 체내에 있음에도 불구하고 수분 흡수에 따른 플레이트의 물성 저하가 나타나지 않아 골절뼈의 치유에 따른 강성 증가에 대응하기 위한 플레이트의 유연성 확보를 기대하기 어렵다.That is, in the case of a conventional metal bone plate made of metal, the rigidity of the plate is excessively higher than the rigidity of the fracture bone, causing a stress shielding effect, resulting in a stress imbalance between the plate and the fracture bone. This causes most of the load generated during walking to be received by the plate rather than the bone, which results in suppressing the appropriate level of stimulus transmission for the smooth differentiation of the treated cells at the fracture site. In addition, the water absorption in the body environment is significantly low, even though the body in the body for a long time does not appear to decrease the physical properties of the plate due to the absorption of water, it is difficult to expect the flexibility of the plate to cope with the increased rigidity due to healing of the fracture bone.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존 금속 플레이트의 과도한 강성에 기인하는 응력 집중 현상을 비교적 유연한 강성을 가지는 섬유 강화 복합재료 플레이트로 대체하여 해결하고, 생체 내 수분 흡수에 따른 플레이트의 강성 저하와 치료시간이 지날수록 물성이 회복되는 골절뼈의 강성을 고려하여 뼈 플레이트의 굽힘 강성을 일정한 수준으로 유지시켜 치료세포 분화에 필요한 자극을 유도하는 골절 치료용 뼈 플레이트 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, to solve the stress concentration caused by the excessive stiffness of the existing metal plate to replace the fiber-reinforced composite plate having a relatively flexible stiffness, and to reduce the rigidity of the plate due to the absorption of water in vivo In addition, the bone plate for fracture treatment and the method of manufacturing the same, which induces the stimulation required for differentiation of therapeutic cells by maintaining the bending stiffness of the bone plate at a constant level in consideration of the stiffness of the fracture bone whose physical properties are recovered over time, are provided. .

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 환자 상태나 골절뼈의 위치에 따라 섬유 강화 복합재료의 적층 각도를 달리하여 플레이트를 제작하며, 섬유 강화 복합재료 상면 및 하면 각각에 생분해 물질을 일정 두께로 적층하여 수분 흡수 및 생분해에 따른 물성 저하 및 단면 형상 변화를 통해 굽힘 강성을 조절하는 골절 치료용 뼈 플레이트 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.In addition, the problem to be solved by the present invention is to produce a plate by varying the lamination angle of the fiber-reinforced composite material according to the patient state or the location of the fracture bone, the biodegradable material on the upper and lower surfaces of the fiber-reinforced composite material to a predetermined thickness It is to provide a bone plate and a method for producing a bone fracture for controlling the bending stiffness through the reduction in physical properties and cross-sectional shape change due to moisture absorption and biodegradation.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 골절 치료용 뼈 플레이트는, 뼈의 반대측에 위치하는 상면 및 뼈에 접촉하는 저면에 각각 점착층이 적층되며, 상기 상면 및 저면을 관통하는 나사 고정을 위한 복수의 관통홀을 포함하는, 골절 치료용 뼈 플레이트에 있어서, 상기 뼈 플레이트는 섬유 강화 복합재료로 구성되며, 상기 점착층은 생분해 재료로 구성된다.Bone plate for fracture treatment according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the adhesive layer is laminated on the upper surface and the lower surface in contact with the bone, respectively located on the opposite side of the bone, the screw penetrating the upper and lower surfaces In a bone plate for fracture treatment, comprising a plurality of through holes for fixation, the bone plate is composed of a fiber reinforced composite material, and the adhesive layer is composed of a biodegradable material.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 골절 치료용 뼈 플레이트의 제조 방법은, 길이 방향으로 연장 형성된 섬유 강화 복합재료로 구성되는 플레이트를 준비하고, 뼈의 반대측에 위치하는 상기 플레이트의 상면 및 뼈에 접촉하는 상기 플레이트의 저면을 관통하는 관통홀을 형성하고, 상기 플레이트의 상면 및 저면에 생분해 재료로 구성되는 점착층을 각각 도포하는 것을 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method for producing a bone plate for fracture treatment, comprising a plate made of a fiber-reinforced composite material extending in a longitudinal direction, wherein the plate is located on the opposite side of the bone. Forming through-holes through the bottom of the plate in contact with the top and bones, and applying an adhesive layer made of a biodegradable material to the top and bottom of the plate, respectively.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.

본 발명에 따르면, 섬유 강화 복합재료를 이용한 플레이트의 경우 섬유 강화 복합재료의 적층 시 적층 각도를 조절하여 플레이트의 각 방향으로 원하는 강성을 가지도록 유도할 수 있어 골절 형태나 부위에 따라 요구되는 강성을 지닌 플레이트를 제작할 수 있다.According to the present invention, the plate using the fiber-reinforced composite material can be induced to have a desired stiffness in each direction of the plate by controlling the lamination angle when the fiber-reinforced composite material is laminated, the rigidity required according to the fracture shape or site It is possible to manufacture a bearing plate.

또한, 골절 치료세포가 활발히 분화되기 위해서 치료 기간 경과에 따라 골절부에 전달되는 자극의 크기를 조절할 필요가 있으며, 이를 위해 치료 시간(healing time)에 따른 뼈 플레이트의 굽힘 강성을 일정하게 유지시킴으로써 치료 효율을 향상시킬 수 있다. In addition, in order to actively differentiate the fracture treatment cells, it is necessary to adjust the size of the stimulus delivered to the fracture portion as the treatment period progresses. For this, the treatment by maintaining the bending rigidity of the bone plate according to the healing time is constant. The efficiency can be improved.

그리고, 치료 시간에 따른 물성 저하를 조절하기 위해 생분해성 고분자 재료(e.g., PLA)를 섬유 강화 복합재료의 표면에 일정 두께로 적층하여 물성 저하 및 단면 형상 변화를 통해 치료 효율이 극대화될 수 있도록 굽힘 강성을 조절하여 뼈 플레이트의 구조 강성을 일정하게 유지시켜 치료 효율을 증대시킬 수 있다.In addition, in order to control the deterioration of physical properties according to the treatment time, the biodegradable polymer material (eg, PLA) is laminated on the surface of the fiber-reinforced composite material to a certain thickness and bent to maximize the treatment efficiency through the deterioration of physical properties and the cross-sectional shape. By adjusting the stiffness, the structural rigidity of the bone plate can be kept constant to increase the treatment efficiency.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 골절 치료용 뼈 플레이트의 사시도이다.
도 2는 발명의 일 실시예에 따른 골절 치료용 뼈 플레이트의 부분 단면도이다.
도 3은 골절 치료용 뼈 플레이트에 사용되는 섬유 강화 복합재료의 적층 각도를 촬영한 사진이다.
도 4는 골절 치료용 뼈 플레이트에 사용되는 섬유 강화 복합재료의 적층 각도에 따른 영률의 변화를 도시한 그래프이다.
도 5는 치료 시간 경과에 따른 골절 치료용 뼈 플레이트의 점착층의 두께 감소를 도시한 도면이다.
도 6은 뼈(Bone) 및 뼈 플레이트(Bone plate)의 치료 시간 경과에 따른 굽힘 강성의 변화를 도시한 그래프이다.1 is a perspective view of a bone plate for fracture treatment according to an embodiment of the present invention.
2 is a partial cross-sectional view of the bone plate for fracture treatment according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a photograph of the lamination angle of the fiber-reinforced composite material used in bone plate for fracture treatment.
Figure 4 is a graph showing the change in Young's modulus according to the lamination angle of the fiber-reinforced composite material used in the bone plate for fracture treatment.
5 is a view showing a decrease in the thickness of the adhesive layer of the bone plate for fracture treatment over time of treatment.
FIG. 6 is a graph showing changes in bending stiffness over time of treatment of bone and bone plates. FIG.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, etc. are used to describe various elements, components and / or sections, it is needless to say that these elements, components and / or sections are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element, element or section from another element, element or section. Therefore, it goes without saying that the first element, the first element or the first section mentioned below may be the second element, the second element or the second section within the technical spirit of the present invention.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms "comprises" and / or "made of" means that a component, step, operation, and / or element may be embodied in one or more other components, steps, operations, and / And does not exclude the presence or addition thereof.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used in a sense that can be commonly understood by those skilled in the art. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 골절 치료용 뼈 플레이트의 사시도이며, 도 2는 발명의 일 실시예에 따른 골절 치료용 뼈 플레이트의 부분 단면도이다.1 is a perspective view of a bone plate for fracture treatment according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a partial cross-sectional view of the bone plate for fracture treatment according to an embodiment of the present invention.

골절 치료용 뼈 플레이트는, 플레이트(10), 점착층(20) 및 관통홀(15)로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 플레이트(10)는 길이 방향으로 연장된 형상을 가지며, 플레이트(10)의 뼈의 반대측에 위치하는 상면 및 뼈에 접촉하는 저면에 각각 점착층(20)이 적층되고, 상기 상면 및 저면을 관통하는 나사 고정을 위한 복수의 관통홀(15)이 배치된다. 여기에서, 뼈 플레이트(10)는 섬유 강화 복합재료로 구성되고, 점착층(20)은 생분해 재료로 구성되는 것이 바람직하다.The bone plate for fracture treatment may be composed of a plate 10, an adhesive layer 20, and a through hole 15. Specifically, the plate 10 has a shape extending in the longitudinal direction, the adhesive layer 20 is laminated on each of the upper surface and the lower surface in contact with the bone of the plate 10, the upper surface and the bottom surface A plurality of through holes 15 for screwing through them are arranged. Here, the bone plate 10 is made of a fiber-reinforced composite material, and the adhesive layer 20 is preferably made of a biodegradable material.

섬유 강화 복합재료(Fiber Reinforced Composite Material)는 강화재로써 섬유를 이용한 복합재료를 말한다. 기제(基劑)의 종류에 따라 섬유 강화 플라스틱(FRP), 섬유 강화 금속(FRM), 섬유 강화 세라믹(FRC), 섬유 강화 콘크리트(FRC) 등이 있다. 섬유 재질은 금속, 글래스, 탄소, 세라믹, 유기물(인공 및 천연) 등이 있다. 또한, 섬유에 무전해도금 등의 표면처리를 하여 사용한 것도 있다.Fiber Reinforced Composite Material refers to a composite material using fiber as a reinforcing material. Depending on the type of substrate, there are fiber reinforced plastics (FRP), fiber reinforced metals (FRM), fiber reinforced ceramics (FRC), fiber reinforced concrete (FRC) and the like. Fiber materials include metals, glass, carbon, ceramics, organic materials (artificial and natural), and the like. In addition, the fiber may be used after surface treatment such as electroless plating .

생분해 재료는 박테리아(bacteria), 진균류(fungi), 조류(algae)와 같은 자연적으로 일어나는 미세 유기체의 작용에 의해 분해가 일어나는 분해성 재료를 말한다. 생분해성 고분자는 연소에 따른 열량이 적어서 자연 환경에서의 분해 재합성의 사이클이 유지되는 등, 생태계를 포함한 환경에 적은 영향을 미친다. 무독성 천연물질인 전분 등을 범용 플라스틱 또는 생분해성 플라스틱에 혼합하여 제조하는 전분계 생분해성 플라스틱과 젖산 또는 락타이드로부터 화학적 촉매 효소에 의한 고리 열림 반응을 통해 합성된 폴리렉타이드 등의 지방족 폴리에스테르계 생분해성 플라스틱으로 나뉜다.Biodegradable material refers to a degradable material that is degraded by the action of naturally occurring microorganisms such as bacteria, fungi, and algae. Biodegradable polymers have a small impact on the environment, including ecosystems, such as low calorific value due to combustion, which maintains the cycle of decomposition resynthesis in the natural environment. Starch-based biodegradable plastics prepared by mixing non-toxic natural starch with general-purpose plastics or biodegradable plastics and aliphatic polyester-based compounds such as polylactide synthesized by ring opening reaction by chemical catalytic enzyme from lactic acid or lactide It is divided into biodegradable plastics.

관통홀(15)은 일정한 간격으로 배치될 수 있으나, 이에만 제한되지 않음은 물론이다. 또한, 관통홀(15)은 플레이트(10)의 상면 및 저면에 수직으로 관통하여 형성되는 것이 바람직하나, 기울어진 각도로 배치될 수도 있음은 물론이다. 도 2에 뼈 플레이트(10) 및 점착층(20)의 부분 단면도(A-A 방향)가 도시되어 있으며, 관통홀(15)에 스크류가 삽입되기 쉽도록 뼈 플레이트(10)의 상면 측의 관통홀(15)의 크기가 약간 크게 형성된다.The through holes 15 may be arranged at regular intervals, but are not limited thereto. In addition, the through hole 15 may be formed to penetrate perpendicularly to the upper and lower surfaces of the plate 10, but may be disposed at an inclined angle. A partial cross-sectional view (AA direction) of the bone plate 10 and the adhesive layer 20 is shown in FIG. 2, and the through hole on the upper surface side of the bone plate 10 so as to easily insert a screw into the through hole 15. 15) is formed slightly larger in size.

플레이트(10)는 뼈의 모양에 맞게 길이 방향으로 길게 형성되며, 뼈의 반대측인 플레이트(10)의 상면이 볼록하게 형성되고, 뼈와 맞닿는 플레이트(10)의 저면이 오목하게 형성된다.Plate 10 is formed long in the longitudinal direction to fit the shape of the bone, the upper surface of the plate 10 on the opposite side of the bone is formed convex, the bottom surface of the plate 10 in contact with the bone is formed concave.

전술한 바와 같이, 플레이트(10)는 섬유 강화 복합재료로 이루어진다. 섬유 강화 복합재료에 의해 치료 시간이 경과함에 따라 생체 내에서 물성 저하율을 알고 있는 재료를 사용하여 골절부에서의 골절 치료 세포 분화를 촉진시키기 위한 적절한 자극을 유도하게 된다. 이를 위해, 섬유 강화 복합재료로 구성된 복수의 시트가 적층되어 플레이트가 형성될 수 있다.As mentioned above, the plate 10 is made of a fiber reinforced composite material. As the treatment time is elapsed by the fiber reinforced composite material, a material that knows the property degradation rate in vivo is used to induce an appropriate stimulus for promoting the differentiation of fracture-treated cells at the fracture site. To this end, a plurality of sheets of fiber reinforced composite material may be stacked to form a plate.

도 3은 골절 치료용 뼈 플레이트에 사용되는 섬유 강화 복합재료의 적층 각도를 촬영한 사진이며, 도 4는 골절 치료용 뼈 플레이트에 사용되는 섬유 강화 복합재료의 적층 각도에 따른 영률의 변화를 도시한 그래프이다.Figure 3 is a photograph taken the lamination angle of the fiber-reinforced composite material used in bone plate for fracture treatment, Figure 4 shows the change in Young's modulus according to the lamination angle of the fiber-reinforced composite material used in bone plate for fracture treatment It is a graph.

도 3을 참조하면, 섬유 강화 복합재료로 구성된 복수의 시트가 0도, 30도, 45도의 각도로 각각 적층되고 있다. 이에 따라, 섬유 강화 복합재료의 섬유 방향을 달리하여 치료 효율이 증가될 수 있도록 플레이트(10)의 강성을 조절할 수 있다.Referring to Fig. 3, a plurality of sheets made of fiber reinforced composite materials are laminated at angles of 0 degrees, 30 degrees, and 45 degrees, respectively. Accordingly, the rigidity of the plate 10 may be adjusted to increase the treatment efficiency by changing the fiber direction of the fiber reinforced composite material.

도 4를 참조하면, 섬유 강화 복합재료의 적층 각도(Stacking angle)가 45도일 때 영률(Young's modulus)이 최소가 되고, 적층 각도가 0도 또는 90도일 때 영률이 최대가 됨을 알 수 있다. 그리하여, 섬유 강화 복합재료로 구성된 복수의 시트가 30도 내지 60도 사이의 각도로 적층되는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 45도의 각도로 적층하여 플레이트(10)의 응력 방패 현상을 완화시켜 치료 효율을 증가시키게 된다. 그리고, 생분해 복합재료로 이루어진 플레이트(10) 설계 시 적층 순서를 조절하여 플레이트(10)의 임의의 기계적 강성 유도을 유도하여 뼈의 골절 형태나 부위에 따라 요구되는 강성을 지닌 플레이트(10)를 제작할 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that Young's modulus becomes minimum when the stacking angle of the fiber-reinforced composite material is 45 degrees, and the Young's modulus becomes maximum when the stacking angle is 0 degrees or 90 degrees. Therefore, it is preferable that a plurality of sheets made of fiber-reinforced composite materials are laminated at an angle between 30 degrees and 60 degrees, and most preferably, laminated at an angle of 45 degrees to alleviate the stress shielding phenomenon of the plate 10 so as to treat treatment efficiency. Will increase. In addition, when the plate 10 is made of a biodegradable composite material, the stacking order may be adjusted to induce any mechanical stiffness of the plate 10 to manufacture the plate 10 having the required rigidity according to the bone fracture shape or site. have.

또한, 전술한 바와 같이, 플레이트(10)의 뼈의 반대측에 위치하는 상면 및 뼈에 접촉하는 저면에 각각 점착층(20)이 적층되는데, 이를 통해 치료시간이 경과함에 따라 골절부에 치료 세포의 물성이 회복되어 뼈의 굽힘 강성은 점차 증가하기 때문에 플레이트(10)의 굽힘 강성을 감소시킴으로서 전체 구조물의 굽힘 강성을 일정한 수준으로 유지시킬 수 있다. 이는 치료 시간의 경과에 따라 생분해 물질로 이루어진 점착층(20)이 녹아 체내로 흡수되기 때문이다.In addition, as described above, the adhesive layer 20 is laminated on the upper surface located on the opposite side of the bone of the plate 10 and the bottom contacting the bone, respectively, through which the treatment cells of the treated cells are fractured. Since the physical properties of the bone bending stiffness gradually increases, by reducing the bending stiffness of the plate 10, the bending stiffness of the entire structure can be maintained at a constant level. This is because the adhesive layer 20 made of biodegradable material melts and is absorbed into the body as the treatment time passes.

점착층(20)을 이루는 생분해 재료로 여러 가지가 사용될 수 있으나, PLA(Poly Lactic Acid)로 구성되는 것이 바람직하다. 그리고, 뼈 플레이트(10)의 상면 및 저면에 PLA가 같은 두께로 적층될 수도 있다. 이에 따라, 섬유 강화 복합재료의 위, 아래 표면에 생분해 물질인 PLA를 적층하여 골절부 치료 시기의 경과에 따라 뼈 플레이트(10)의 굽힘 강성을 일정한 수준으로 유지시킬 수 있다.Various biodegradable materials forming the adhesive layer 20 may be used, but are preferably composed of PLA (Poly Lactic Acid). In addition, PLA may be stacked on the upper and lower surfaces of the bone plate 10 in the same thickness. Accordingly, by stacking PLA, which is a biodegradable material, on the upper and lower surfaces of the fiber reinforced composite material, the bending rigidity of the bone plate 10 may be maintained at a constant level as the fracture treatment time progresses.

여기에서, PLA(Poly Lactic Acid)는 유산의 중축합 혹은 락티드의 개환 중합으로 합성되는 생분해성 합성 고분자이다. PLA는 전통적인 석유화학계 고분자를 대체할 수 있는 잠재력이 큰 생분해성 열가소성 폴리에스터이다. PLA는 바이오 고분자가 보편적으로 가지고 있는 환경 친화성, 생체 적합성 및 자원 절약성에 더해 폴리에틸렌글리콜 등과 같은 바이오 고분자에 비해 우수한 열적 가공 특성을 가진다. Here, PLA (Poly Lactic Acid) is a biodegradable synthetic polymer synthesized by polycondensation of lactic acid or ring-opening polymerization of lactide. PLA is a biodegradable thermoplastic polyester with great potential to replace traditional petrochemical polymers. PLA has superior thermal processing properties compared to biopolymers such as polyethylene glycol in addition to the environmental friendliness, biocompatibility, and resource savings common to biopolymers.

뼈 플레이트(10)에 적층된 PLA는 시간이 경과함에 따라 생체 내에 젖산으로 분해되어 신진대사를 통해 전혀 무해하게 제거된다. 일반적으로, PLA는 강도 유지기간이 6개월 이상이고 1년이 지나야 완전분해가 된다.PLA laminated on the bone plate 10 is decomposed into lactic acid in the living body over time and is completely harmless through metabolism. In general, PLA is completely decomposed only after a period of at least six months and one year.

일반적으로, 골절부의 세포 분화 촉진을 위한 적절한 자극전달을 위해 뼈 플레이트(10) 구조의 굽힘 강성을 일정하게 유지시키는 것이 유리하다. 뼈 플레이트(10)의 굽힘강성을 일정하게 유지하기 위해서는 치료 시간이 지남에 따라 골절부 치료가 진행되어 뼈의 굽힘 강성이 증가하는 것을 고려하여 플레이트(10)의 굽힘 강성을 감소시켜야 한다. 그러나, 생체 환경에 노출된 섬유 강화 복합재료 자체의 물성 저하량은 필요한 수준보다 훨씬 작기 때문에 플레이트(10)의 굽힘 강성을 일정하게 유지시키는데 한계가 있다. 따라서 생적합적이고 생분해성이 우수한 PLA를 섬유 강화 복합재료로 이루어진 플레이트(10)의 상면 및 저면에 일정한 두께로 적층하여 플레이트(10)의 굽힘 강성을 조절함으로써 골절부의 굽힘 강성을 일정하게 유지하여 골절부의 치료 효율을 증가시킬 수 있다.In general, it is advantageous to maintain a constant bending stiffness of the bone plate 10 structure for proper stimulation transfer for promoting cell differentiation of the fracture. In order to maintain a constant bending stiffness of the bone plate 10, it is necessary to reduce the bending stiffness of the plate 10 in consideration of the increase in the bending stiffness of the bone as the treatment of the fracture progresses as the treatment time passes. However, there is a limit in maintaining the bending stiffness of the plate 10 because the amount of degradation of the physical properties of the fiber-reinforced composite itself exposed to the living environment is much smaller than the required level. Therefore, the biocompatible and biodegradable PLA is laminated on the upper and lower surfaces of the plate 10 made of fiber reinforced composite material at a constant thickness to adjust the bending stiffness of the plate 10 to maintain the bending rigidity of the fracture part at a constant fracture It can increase the treatment efficiency of wealth.

도 5는 치료 시간 경과에 따른 골절 치료용 뼈 플레이트의 점착층의 두께 감소를 도시한 도면이며, 도 6은 뼈(Bone) 및 뼈 플레이트(Bone plate)의 치료 시간 경과에 따른 굽힘 강성의 변화를 도시한 그래프이다.5 is a view showing a decrease in the thickness of the adhesive layer of the bone plate for fracture treatment over the treatment time, Figure 6 is a change in bending stiffness over the treatment time of the bone (Bone) and bone plate (Bone plate) It is a graph shown.

도 5에 도시한 바와 같이, 점착층(20)은 생분해 재료로 이루어져 있어, 치료 시간(Healing time)이 경과함에 따라 녹아 점차 체내에 흡수되어 그 두께가 얇아진다. 그리고, 치료 시간이 경과함에 따라 골절뼈가 접합되게 되어 뼈의 강성은 점차 증가하게 된다. 그러므로, 치료 시간 경과에 따른 굽힘 강성(Bending stiffness)을 골절 전 뼈의 굽힘 강성 값으로 일정하게 유지시킬 수 있다. As shown in FIG. 5, the adhesive layer 20 is made of a biodegradable material, and melts and is gradually absorbed into the body as the healing time elapses, and the thickness thereof becomes thinner. Then, as the treatment time elapses, the fracture bones are joined, and the rigidity of the bones gradually increases. Therefore, the bending stiffness over time of treatment can be kept constant at the bending stiffness value of the bone before fracture.

일례로, PLA는 수분 흡수율에 따라 물성이 저하될 뿐만 아니라 분해도 빠르게 일어나기 때문에 PLA가 분해됨에 따라 두께가 얇아져 플레이트(10)의 단면에 대한 2차 관성 모멘트의 값이 작아지게 된다. 따라서, 생체 환경에서의 분해속 도를 알고 있는 PLA와, 섬유의 방향에 따라 영률이 결정되는 섬유 강화 복합재료를 이용하면, 섬유 강화 복합재료와 PLA의 두께를 조절하여 치료 기간에 따른 굽힘 강성을 조절할 수 있기 때문에 뼈 플레이트(10)의 굽힘 강성을 치료기간 동안 일정하게 유지시킬 수 있다.For example, since PLA degrades not only physical properties but also decomposition rapidly according to moisture absorption rate, the thickness of PLA decreases as the PLA decomposes, thereby reducing the value of the second moment of inertia on the cross section of the plate 10. Therefore, using PLA, which knows the decomposition rate in the biological environment, and fiber reinforced composites whose Young's modulus is determined according to the direction of the fibers, the bending stiffness according to the treatment period is controlled by controlling the thickness of the fiber reinforced composites and PLA. Since it is adjustable, the bending stiffness of the bone plate 10 can be kept constant for the duration of the treatment.

도 5에서, 섬유 강화 복합재료와 PLA로 이루어진 뼈 플레이트(10)의 굽힘 강성은 다음의 수학식 1에 의해 도출된다.In Fig. 5, the bending stiffness of the bone plate 10 made of fiber reinforced composite material and PLA is derived by the following equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

여기에서, EI는 PLA가 적층된 섬유 강화 복합재료로 이루어진 뼈 플레이트(10)의 굽힘 강성,

Figure pat00002
및
Figure pat00003
는 각각 섬유 강화 복합재료와 PLA의 탄성계수(elastic modulus), b는 플레이트(10)의 길이, t1과 t2는 각각 섬유 강화 복합재료와 PLA의 두께이다.Here, EI is the bending rigidity of the bone plate 10 made of a fiber-reinforced composite material laminated PLA,
Figure pat00002
And
Figure pat00003
Is the elastic modulus of the fiber reinforced composite and PLA, b is the length of the plate 10, and t 1 and t 2 are the thickness of the fiber reinforced composite and PLA, respectively.

그런데, 전술한 바와 같이, PLA는 생분해 재료이므로, 시간이 경과함에 따라 체내에 흡수되어 두께 t2가 점차 얇아진다. 이에 따라, 도 6에 도시한 바와 같이, 치료 시간(Healing time)이 경과함에 따라 굽힘 강성(Bending stiffness)는 감소한다. 그러나, 치료 시간이 경과함에 따라 골절뼈의 접합에 따라 뼈(Bone)의 굽힘 강성은 증가하게 된다. 결국, 치료 시간에 따른 물성 저하를 조절하기 위해 생분해성 고분자 재료인 PLA를 섬유 강화 복합재료의 표면에 일정 두께로 적층하여 물성 저하 및 단면 형상 변화를 통해 치료 효율이 극대화될 수 있도록 굽힘 강성을 조절하여 뼈와 뼈 플레이트(10)의 굽힘 강성을 합한 값이 치료 시간동안 일정하게 유지된다. 그리하여, 치료 기간 경과에 따라 골절부에 전달되는 자극의 크기를 조절할 수 있어 골절 치료세포가 활발히 분화된다.However, as described above, since PLA is a biodegradable material, it is absorbed into the body with time and the thickness t 2 gradually becomes thinner. Accordingly, as shown in FIG. 6, bending stiffness decreases as the healing time elapses. However, as the treatment time elapses, the bending stiffness of the bone increases as the fracture bone is joined. As a result, PLA is a biodegradable polymer material laminated on the surface of the fiber-reinforced composite material to a certain thickness to control the deterioration of properties according to the treatment time, thereby controlling the bending stiffness so that the treatment efficiency can be maximized through deterioration of physical properties and cross-sectional shape. The combined value of the bending stiffness of the bone and bone plate 10 is kept constant during the treatment time. Thus, the size of the stimulus transmitted to the fracture portion can be adjusted as the treatment period progresses, and thus the fracture treated cells are actively differentiated.

이는 다음의 수학식 2로 표현된다.This is represented by the following equation (2).

Figure pat00004
Figure pat00004

즉, 시간의 경과에 따라, 뼈(Bone)의 굽힘 강성(E1I1)은 증가하고, 뼈 플레이트(Bone plate)의 굽힘 강성(E2I2)은 감소하여 항상 전체 굽힘 강성은 일정하게 유지된다.That is, as time passes, the bending stiffness (E 1 I 1 ) of the bone increases, and the bending stiffness (E 2 I 2 ) of the bone plate decreases so that the overall bending stiffness is always constant. maintain.

섬유 강화 복합재료와 PLA는 기존 금속 고정판에 비해 비교적 수분 흡수율이 높아 생체 환경에서 시간이 경과함에 따라 굽힘강성 값(EI)이 낮아지는 특징이 있기 때문에 복합재료와 PLA의 굽힘강성 값(EI) 저하율을 미리 파악하고, PLA가 시간에 따라 체내에서 얼마나 빠르게 분해되는지 파악해야 한다. 이러한 재료의 특징을 알고 있으면, 골절부의 위치나 특성에 따라 뼈 플레이트(10) 구조의 굽힘 강성을 원하는 수준으로 일정하게 유지하기 위한 섬유 강화 복합재료와 PLA의 두께를 결정할 수 있다.The fiber-reinforced composite material and PLA have a relatively high water absorption rate compared to the existing metal fixing plate, and thus, the bending stiffness value (EI) decreases with time in a living environment. You need to know in advance and how quickly PLA breaks down in your body over time. Knowing the characteristics of these materials, it is possible to determine the thickness of the PLA and the fiber-reinforced composite material to maintain a constant level of bending stiffness of the bone plate 10 structure according to the location or characteristics of the fracture.

이러한, 뼈 플레이트(10)는 몰드 성형에 의해 제조될 수 있다. 구체적으로, 길이 방향으로 연장 형성된 섬유 강화 복합재료로 구성되는 플레이트(10)를 준비하고, 뼈의 반대측에 위치하는 상기 플레이트(10)의 상면 및 뼈에 접촉하는 상기 플레이트의 저면을 관통하는 관통홀(15)을 형성하고, 상기 플레이트의 상면 및 저면에 생분해 재료로 구성되는 점착층(20)을 각각 도포하여 제조될 수 있다. 또는, 길이 방향으로 연장 형성된 섬유 강화 복합재료로 구성되는 플레이트(10)를 준비하고, 상기 플레이트의 상면 및 저면에 생분해 재료로 구성되는 점착층(20)을 각각 도포하고, 상기 플레이트(10)의 상면 및 뼈에 접촉하는 상기 플레이트의 저면과 함께 상기 상면 및 저면에 도포된 점착층(20)을 관통하는 관통홀(15)을 형성하여 제조될 수도 있다.Such a bone plate 10 may be manufactured by mold molding. Specifically, a plate 10 made of a fiber-reinforced composite material extending in the longitudinal direction is prepared, and a through hole penetrating the upper surface of the plate 10 positioned on the opposite side of the bone and the bottom surface of the plate in contact with the bone. 15 may be formed, and each of the adhesive layers 20 made of a biodegradable material may be applied to the upper and lower surfaces of the plate. Alternatively, a plate 10 made of a fiber-reinforced composite material extending in the longitudinal direction is prepared, and a pressure-sensitive adhesive layer 20 made of a biodegradable material is applied to the top and bottom surfaces of the plate, respectively, and the plate 10 It may be manufactured by forming a through hole 15 penetrating the adhesive layer 20 applied to the top and bottom surfaces together with the bottom of the plate in contact with the top and bone.

이를 통해, 기존 뼈 플레이트의 재료를 유연한 성질의 섬유 강화 복합재료로 대체하여 응력방패현상을 줄이고, 체내 환경(수분 환경)에서 생분해성 재료를 적용하여 뼈 플레이트(10)의 높은 생분해성 및 수분 흡수율에 따른 뼈 플레이트(10)의 유연성을 확보하여 골절치료 효율을 증가시키게 된다. 즉, 티타늄이나 스테인리스 강으로 만들어진 기존 뼈 플레이트를 시술할 경우 발생하는 응력 방패 현상의 완화 및 반복적인 하중에 의한 체결부(스크류 등)의 피로 파괴를 효과적으로 억제하여 기존 금속 플레이트보다 골절 치료에 더 유리할 것이다. 또한, 신체 내에서 장골로 분류되는 경골 혹은 대퇴골에 골절이 발생하였을 때 점착층(20)이 도포된 뼈 플레이트(10)를 통해 유연 고정술(Flexible fixation)을 시행하는 정형외과적 의료분야, 상지골의 최소침습고정법(MIPPO) 등에 적용이 가능할 것이다.Through this, it is possible to replace the existing bone plate material with a fiber-reinforced composite material having a flexible property to reduce the stress shielding phenomenon, and to apply the biodegradable material in the body environment (moisture environment) to increase the biodegradability and water absorption rate of the bone plate 10. To ensure the flexibility of the bone plate 10 according to increase the efficiency of fracture treatment. In other words, it is more advantageous to treat fractures than conventional metal plates by effectively reducing stress shielding phenomenon and fatigue failure of fastening parts (screws, etc.) due to repetitive loading. will be. In addition, when fractures occur in the tibia or femur, which are classified as long bones in the body, orthopedic medical fields, which perform flexible fixation through the bone plate 10 to which the adhesive layer 20 is applied, It may be applicable to the Minimally Invasive Fixation Method (MIPPO).

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

10: 플레이트 15: 관통홀
20: 점착층10: plate 15: through hole
20: Adhesive layer

Claims (9)

뼈의 반대측에 위치하는 상면 및 뼈에 접촉하는 저면에 각각 점착층이 적층되며, 상기 상면 및 저면을 관통하는 나사 고정을 위한 복수의 관통홀을 포함하는, 골절 치료용 뼈 플레이트에 있어서,
상기 뼈 플레이트는 섬유 강화 복합재료로 구성되며, 상기 점착층은 생분해 재료로 구성되는, 골절 치료용 뼈 플레이트.In the bone plate for fracture treatment, wherein the adhesive layer is laminated on the upper surface and the lower surface in contact with the bone, respectively, and includes a plurality of through-holes for screwing through the upper and lower surfaces.
The bone plate is composed of a fiber-reinforced composite material, the adhesive layer is composed of a biodegradable material, bone plate for fracture treatment. 제 1항에 있어서,
상기 관통홀은, 일정한 간격으로 배치되는, 골절 치료용 뼈 플레이트.The method of claim 1,
The through holes are arranged at regular intervals, bone plate for fracture treatment. 제 1항에 있어서,
상기 관통홀은, 상기 상면 및 저면에 수직으로 관통하여 형성되는, 골절 치료용 뼈 플레이트.The method of claim 1,
The through hole is formed through the perpendicular to the upper surface and the bottom, bone plate for fracture treatment. 제 1항에 있어서,
상기 뼈 플레이트는, 상기 섬유 강화 복합재료로 구성된 시트가 적층되어 형성되는, 골절 치료용 뼈 플레이트.The method of claim 1,
The bone plate is a bone plate for fracture treatment, which is formed by laminating sheets composed of the fiber reinforced composite material. 제 4항에 있어서,
상기 시트가 30도 내지 60도 사이에서 적층되는, 골절 치료용 뼈 플레이트.5. The method of claim 4,
The bone plate for fracture treatment, wherein the sheet is laminated between 30 degrees and 60 degrees. 제 1항에 있어서,
상기 뼈 플레이트는, 상기 상면이 볼록하게 형성되며, 상기 저면이 오목하게 형성되는, 골절 치료용 뼈 플레이트.The method of claim 1,
The bone plate, the upper surface is formed convex, the bottom surface is formed concave, bone plate for fracture treatment. 제 1항에 있어서,
상기 점착층은, 상기 생분해 재료가 PLA(Poly Lactic Acid)로 구성되는, 골절 치료용 뼈 플레이트.The method of claim 1,
The adhesive layer, the biodegradable material is PLA (Poly Lactic Acid), bone plate for fracture treatment. 제 7항에 있어서,
상기 뼈 플레이트는, 상기 PLA가 상기 상면 및 저면에 같은 두께로 적층되는, 골절 치료용 뼈 플레이트.8. The method of claim 7,
The bone plate is a bone plate for fracture treatment, the PLA is laminated to the same thickness on the top and bottom. 길이 방향으로 연장 형성된 섬유 강화 복합재료로 구성되는 플레이트를 준비하고,
뼈의 반대측에 위치하는 상기 플레이트의 상면 및 뼈에 접촉하는 상기 플레이트의 저면을 관통하는 관통홀을 형성하고,
상기 플레이트의 상면 및 저면에 생분해 재료로 구성되는 점착층을 각각 도포하는 것을 포함하는, 골절 치료용 뼈 플레이트의 제조 방법.Preparing a plate composed of a fiber-reinforced composite material extending in the longitudinal direction,
Forming a through hole penetrating the upper surface of the plate located on the opposite side of the bone and the bottom surface of the plate in contact with the bone;
Method for producing a bone plate for fracture treatment comprising applying a pressure-sensitive adhesive layer consisting of a biodegradable material on the upper and lower surfaces of the plate, respectively.
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