KR20160136345A - Nano-scaffold containing functional factor and method for producing same - Google Patents

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KR20160136345A
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이정태
박세준
이승환
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이정태
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Abstract

본 발명은 기능성 인자를 함유하는 나노 스캐폴드 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 각 단위 직경의 SiO2 비드를 템플레이트로 이용하여 나노 크기의 캡슐을 제조하되, SiO2 비드 템플레이트 상에 TiO2, HA(Hydroxy apatite), TCP(Tri Calcium Phosphate)와 같은 생체친화성 재료를 코팅하고, 그 후 SiO2 비드는 제거하여 할로우 캡슐을 제조하고, 각 단위 직경의 할로우 캡슐을 여러 조합으로 혼합하여 응집체(aggregates)를 제조한 후 골형성 촉진 또는 항염증, 항균 작용 등을 나타내는 기능성 인자를 할로우 캡슐 내로 로딩하여, 기능성 인자를 함유하는 합성골 재료를 제조하는 방법 및 이러한 제조방법에 따라 제조된 기능성 인자를 함유하는 나노 스캐폴드에 관한 것이다.The present invention relates to a nano-scaffolds and methods for their preparation containing functional factors, but more specifically, by using the SiO 2 beads for each unit size as a template to prepare a capsule of the nanoscale, TiO 2 on SiO 2 beads template , HA (Hydroxyapatite), TCP (Tri Calcium Phosphate), and then SiO 2 beads are removed to prepare hollow capsules. Hollow capsules of each unit diameter are mixed in various combinations to form aggregates a method for producing a synthetic bone material containing a functional factor by loading a functional agent exhibiting osteogenesis promotion or anti-inflammation, antibacterial action or the like into a hollow capsule after producing aggregates, and a method for producing a functional factor ≪ / RTI >

Description

기능성 인자를 함유하는 나노 스캐폴드 및 이의 제조방법{Nano-scaffold containing functional factor and method for producing same}Nano scaffold containing functional factor and method for producing same

본 발명은 기능성 인자를 함유하는 나노 스캐폴드 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 각 단위 직경의 SiO2 비드를 템플레이트로 이용하여 나노 크기의 캡슐을 제조하되, SiO2 비드 템플레이트 상에 TiO2, HA(Hydroxy apatite), TCP(Tri Calcium Phosphate)와 같은 생체친화성 재료를 코팅하고, 그 후 SiO2 비드는 제거하여 할로우 캡슐을 제조하고, 각 단위 직경의 할로우 캡슐을 여러 조합으로 혼합하여 응집체(aggregates)를 제조한 후 골형성 촉진 또는 항염증, 항균 작용 등을 나타내는 기능성 인자를 할로우 캡슐 내로 로딩하여, 기능성 인자를 함유하는 합성골 재료를 제조하는 방법 및 이러한 제조방법에 따라 제조된 기능성 인자를 함유하는 나노 스캐폴드에 관한 것이다.The present invention relates to a nano-scaffolds and methods for their preparation containing functional factors, but more specifically, by using the SiO 2 beads for each unit size as a template to prepare a capsule of the nanoscale, TiO 2 on SiO 2 beads template , HA (Hydroxyapatite), TCP (Tri Calcium Phosphate), and then SiO 2 beads are removed to prepare hollow capsules. Hollow capsules of each unit diameter are mixed in various combinations to form aggregates a method for producing a synthetic bone material containing a functional factor by loading a functional agent exhibiting osteogenesis promotion or anti-inflammation, antibacterial action or the like into a hollow capsule after producing aggregates, and a method for producing a functional factor ≪ / RTI >

외상, 수술, 염증, 골다공증 또는 치주염 등과 같은 질환으로 인하여 골 손실, 골 성장의 둔화가 올 수 있고 골성장을 개선하고 골 해부학적 구조를 갖추도록 하는 것은 매우 중요하다. 손실된 골 구조물에 대한 대체물로서, 또는 골 재생과정에 관여하는 약물 또는 세포치료제의 전달을 위한 담체(carrier)로서 스캐폴드가 사용될 수 있다.It is very important to have bone loss, slow down of bone growth, improve bone growth, and have anatomical structure due to diseases such as trauma, surgery, inflammation, osteoporosis or periodontitis. A scaffold can be used as a replacement for the lost bone structure or as a carrier for delivery of a drug or cell therapy agent involved in the bone regeneration process.

인공뼈 및 그 제조방법에 대한 기술이 있다(한국등록특허 1,031,121호). 이 기술은 다수의 구멍을 가진 다공체와 구멍이 없는 치밀체의 복합구조로 하여 형성된, 각 구성의 단점을 보완할 수 있는 인공뼈의 제조 방법에 관한 것으로서, 인산칼슘계 분말을 겔화 물질과 기공형성제를 넣어 슬러리를 제조하는 단계 및 상기 단계에서 제조된 슬러리를 겔화시킨 후 기공형성제의 함량이 다른 슬러리를 제조된 슬러리에 붓고 겔화시켜 건조와 소결하는 단계를 거쳐 인공뼈를 제조하고 있다. 그러나 여기에서는 기공형성제를 사용하여 다공체를 만들고, 기공형성제가 들어가지 않은 부위는 치밀체로 되는 구성이고, 기공형성제로 PMMA, 폴리머 비드, 나프탈렌 등을 사용하기 때문에 친환경적이지 못하고 형성된 기공의 크기가 300~700μm 정도로 비교적 크고 다양하지 못하다.Artificial bones and techniques for their manufacture (Korean Patent No. 1,031,121). The present invention relates to a method for manufacturing an artificial bone which is formed by a composite structure of a porous body having a plurality of holes and a dense body having no hole, Preparing a slurry by adding a slurry, and gelling the slurry prepared in the step, and then pouring the slurry having different pore-forming agent contents into the prepared slurry, gelling the slurry, drying and sintering the slurry to produce artificial bones. However, in this case, a pore-forming agent is used to make a porous article, and a portion where the pore-forming agent is not contained is dense. Since PMMA, polymer beads, and naphthalene are used as a pore-forming agent, ~ 700μm, which is relatively large and diverse.

뼈 상호성장 증진용 보호 피막을 갖는 뼈 보철에 대한 기술이 있다(미국출원 제08/521,111호). 이 기술은 생 뼈(living bone)와 접촉되고 이에 부착되는 경계 표면, 오목부 플로어에 대하여 내부로 연장되는 다수의 얕은 오목부 및 플로어 위에 있고 바스 부조 형태에 의해 차폐된 뼈 성장 증진용 피막을 포함하며, 생 뼈의 일부를 대체하거나 수리하기 위한 생 뼈에 부착되는 본체를 갖는 이식 가능한 뼈 보철에 관한 것으로서, 뼈 성장 증진용 피막으로는 하이드록시아파타이트를 사용하고 있다.There is a description of a bone prosthesis having a protective coating for enhancing bone cross-growth (US Application No. 08 / 521,111). This technique includes a boundary surface that is in contact with and attached to a living bone, a plurality of shallow indentations extending inwardly with respect to the indentation floor, and a bone growth promoting coating that is over the floor and is shielded by the bath- The present invention relates to an implantable bone prosthesis having a body attached to a biological bone for replacing or repairing a part of the biological bone. Hydroxyapatite is used as a bone growth promoting coating.

다공성 임플란트의 제조방법에 관한 기술이 있다(한국특허공개 제10-2004-0064794호). 이 기술은 순수한 티타늄(Titanium; Ti) 분말과 수산화 인회석(Hydroxyapatite; HA)분말을 혼합하여 혼합 분말을 조성하는 단계; 상기 혼합 분말에 바인더를 혼합하고 압출기로 압출한 후, 사출하여 성형체를 제조하는 단계; 상기 사출 성형체에서 바인더를 제거하는 단계; 및 상기 바인더가 제거된 사출 성형체를 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하 는 다공성 임플란트의 제조방법에 대한 것이다.There is a technique for manufacturing a porous implant (Korean Patent Laid-Open No. 10-2004-0064794). This technique involves mixing pure titanium (Ti) powder and hydroxyapatite (HA) powder to form a mixed powder; Mixing the mixed powder with a binder, extruding the mixed powder through an extruder, and injecting the mixed powder to produce a molded body; Removing the binder from the injection-molded body; And sintering the injection-molded article from which the binder has been removed.

조직공학용 다공성 뼈-연골 복합 지지체에 관한 기술이 있다(한국특허공개 제2006-0054236호). 이 기술은 (i) 생체적합성 고분자와 생리활성형 세라믹을 포함하고 상기 세라믹이 표면에 노출되어 있는 다공성 뼈 재생층, 및 (ii) 생체적합성 탄성 고분자를 포함하는 다공성 연골 재생층을 포함하는, 조직공학용 다공성 뼈-연골 복합 지지체에 관한 것이다.There is a technique relating to a porous bone-cartilage composite support for tissue engineering (Korean Patent Publication No. 2006-0054236). This technique comprises the steps of (i) a porous bone regeneration layer comprising a biocompatible polymer and a physiologically active ceramic, wherein the ceramic is exposed to the surface, and (ii) a porous cartilage regeneration layer comprising a biocompatible elastomeric polymer. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a porous bone-cartilage composite support.

생체뼈 유도성 인공뼈에 관한 기술이 있다(PCT/JP2004/00042). 이 기술은 티타늄 또는 티타늄 합금의 하나의 덩어리로 이루어지고, 직경 100~3,000 μm의 삼차원 망목형상으로 연이어 통한 구멍과, 구멍의 내면에 직경 50 μm 이하의 구멍을 갖고, 공극율이 30~80%인 다공질체와, 비정질 산화티탄 상, 비정질 알칼리 티탄산염 상 등으로 이루어지고, 그 다공질체에 있어서의 상기 구멍 및 구멍의 표면의 적어도 일부에 형성된 피막을 갖는 것을 특징으로 하는 생체뼈 유도성의 인공뼈에 관한 것이다.There is a description of a living bone-induced artificial bone (PCT / JP2004 / 00042). This technique consists of a single mass of titanium or titanium alloy and has a through hole in the shape of a three-dimensional network with a diameter of 100 to 3,000 μm and a hole with a diameter of 50 μm or less on the inner surface of the hole and a porosity of 30 to 80% And a coating film formed on at least a part of the surface of the hole and the hole in the porous body, the film being made of a porous material, an amorphous titanium oxide phase, an amorphous alkaline titanium carbonate phase or the like, .

수산화인회석(HA) 층을 갖는 ZrO2 스캐폴드에 대한 기술도 존재한다. 그러나 상기 스캐폴드의 경우 HA 층이 이식동안 벗겨지거나 마모될 수 있고, ZrO2와 HA 간의 기계적 성질의 차이로 인해 임플란트의 표면으로부터 금이 가고 찢어지고 느슨해질 수 있다. HA 단편은 작은 바디체들(sequestered bodies)을 형성할 수 있는데 이들은 골유착(osteointegration)을 방해할 수 있다는 문제점이 있다.There is also a description of a ZrO 2 scaffold having a hydroxyapatite (HA) layer. In the case of the scaffold, however, the HA layer may be peeled off or worn during implantation, and cracking, tearing and slacking may occur from the surface of the implant due to differences in mechanical properties between ZrO 2 and HA. HA fragments can form small body bodies (sequestered bodies), which can interfere with osteointegration.

그 밖에 공지된 스캐폴드는 분해가능한 재질로 된 것이 있는데, 이는 대상자에 이식 후 분해가 됨을 의미한다. 분해가능하다는 점으로 인한 장점도 있으나, 다른 측면에서 임플란트 자체의 안정화 측면에서는 바람직하지 않기 때문에 단점으로 작용할 수도 있다. 또한, 종래 기술로 알려진 스캐폴드 중에는 염증 반응을 촉발시키거나 감염을 야기하는 것이 있다. 예를 들어 사람 또는 동물 유래 뼈 임플란트 스캐폴드는 또 다른 동물에 이식했을 때 알레르기 반응을 야기할 수도 있다.Other known scaffolds are made of degradable material, which means that they are degraded after implantation in the subject. Although it is advantageous in that it can be disassembled, it may be a disadvantage because it is not desirable from the standpoint of stabilization of the implant itself in other respects. In addition, some of the scaffolds known in the prior art may trigger inflammatory reactions or cause infections. For example, human or animal-derived bone implant scaffolds may cause allergic reactions when implanted in another animal.

한편, 골조직의 재생을 자극하기 위해 임플란트 표면에 세라믹 재료 층을 코팅하기도 하였다. 그러나 세라믹 코팅은 깨지기 쉽고 임플란트 표면으로부터 벗겨지거나 떨어질 수도 있는데, 이로 인하여 임플란트가 제대로 구조물로 작용하지 못하게 될 우려가 있었다.On the other hand, a layer of ceramic material was coated on the surface of the implant to stimulate the regeneration of the bone tissue. However, the ceramic coating is fragile and may peel off or fall off the implant surface, which may prevent the implant from functioning properly.

본 발명에서는 다양한 크기의 기공을 갖는 다양한 크기의 나노 캡슐의 응집체(aggregates) 형태의 합성골을 제공하고, 할로우 캡슐 내에 기능성 인자를 탑재함으로써 모세혈관의 증식과 골 형성세포의 부착, 분화, 증식에 있어 우수한 지지대 역할을 하며, 더 나아가 나노약물 또는 세포치료제의 전달용 담체로도 사용될 수 있는 나노 스캐폴드 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.The present invention provides synthetic bone in the form of aggregates of various sizes of nano-capsules having various sizes of pores, and by mounting a functional factor in a hollow capsule, it can be used for proliferation of capillary blood vessels and attachment, differentiation and proliferation of osteogenic cells The present invention also provides a nano scaffold which can be used as a carrier for delivering a nano drug or a cell therapeutic agent, and a method for producing the same.

본 발명은 기능성 인자를 함유하는 나노 스캐폴드 및 이의 제조방법, 보다 구체적으로 각 단위 직경의 SiO2 비드를 템플레이트로 이용하여 나노 크기의 캡슐을 제조하되, SiO2 비드 템플레이트 상에 TiO2, HA(Hydroxy apatite), TCP(Tri Calcium Phosphate)와 같은 생체친화성 재료를 코팅하고, 그 후 SiO2 비드는 제거하여 할로우 캡슐을 제조하며, 각 단위 직경의 할로우 캡슐을 여러 조합으로 혼합하여 응집체(aggregates)를 제조한 후 골형성 촉진 또는 항염증, 항균 작용 등을 나타내는 기능성 인자를 할로우 캡슐 내로 로딩하여, 기능성 인자를 함유하는 합성골 재료를 제조하는 방법 및 이러한 제조방법에 따라 제조된 기능성 인자를 함유하는 나노 스캐폴드를 제공함으로써 상기 과제를 해결하였다.The invention nano scaffolds and methods for their preparation containing functional factors, but more specifically, by using the SiO 2 beads for each unit size as a template to prepare a capsule of the nanoscale, TiO 2, on the SiO 2 beads template HA ( Hydroxy apatite), TCP (Tri Calcium Phosphate) coating a bio-compatible material, and the like thereafter (agglomerates by mixing the hollow capsules of removing SiO 2 beads were prepared hollow capsule, and each unit of the diameter in different combinations aggregates) A method for producing a synthetic bone material containing a functional factor by loading a functional factor showing bone formation promotion or anti-inflammation, antibacterial action or the like into a hollow capsule, and a method for producing a synthetic bone material containing a functional factor The above problem is solved by providing a nanoscale scaffold.

본 발명에 따른 기능성 인자를 함유하는 합성골 재료는 골형성에 관여하는 조골세포와 같은 세포의 정착(settle down)에 비교우위의 효과가 있다고 입증된 나노 단위의 스캐폴드를 제공함으로써 보다 빠른 골형성을 유도할 수 있고, 기능성 인자를 탑재하고 있기 때문에 적용대상에 따라 적절한 기능성 인자를 탑재하여 적용함으로써 맞춤식 테라피가 가능하다는 장점이 있다. The synthetic bone material containing the functional factor according to the present invention provides a nano-unit scaffold proved to have a comparative advantage in settlement of cells such as osteoblasts involved in bone formation, Because it is equipped with a functional factor, it is advantageous that a customized therapy can be performed by applying an appropriate functional factor according to the application target.

또한, 기존의 합성골 재료 제조에 비하여 제조비용이 크게 절감되는 효과가 있고, 본 발명에 따른 합성골 재료의 경우 외상성 골결손, 수술로 인한 외과적 골손상에 대한 약물 효과와 골형성 촉진 인자 등의 약물 전달 시스템에 의한 시차별 서방출을 유도함으로써 기존의 창상치유 과정을 안전하고 확실하게 할 수 있고, 치료기간이 단축되는 효과를 기대할 수 있으며, 골형성 과정이 신속히 유도될 수 있다.In addition, the manufacturing cost of the synthetic bone material according to the present invention is significantly lower than that of the conventional synthetic bone material. In the case of the synthetic bone material according to the present invention, the drug effect on the traumatic bone defect, By inducing the release by time difference by the drug delivery system, the existing wound healing process can be safely and reliably performed, the treatment period can be shortened, and the bone formation process can be promptly induced.

TiO2, HA 또는 Tcp와 같은 원료의 선택, 캡슐 포어 크기, 캡슐 두께 등을 조절함으로써 각 캡슐 내에 탑재된 인자들의 방출속도를 조절할 수 있어 다양한 약물 전달 시스템(Drug Delivery System, DDS)를 제공할 수 있다.By controlling the selection of raw materials such as TiO 2 , HA or Tcp, capsule pore size, capsule thickness, etc., it is possible to control the release rate of the factors loaded in each capsule, thereby providing various drug delivery systems (DDS) have.

도 1은 SiO2 템플레이트를 촬영한 사진이다.
도 2는 TiO2 나노캡슐을 촬영한 사진이다.
도 3은 MBCP 타사합성골의 전자현미경 성상이다.
도 4는 본 발명에 따른 TIO2의 전자현미경 성상이다.
도 5는 본 발명에 따른 HA 할로우 캡슐 응집체(hollow capsule aggregates)의 성상으로서 임플란트 표면에 붙은 모습이다.
도 6은 본 발명에 따른 할로우 캡슐 응집체의 일예를 도식화한 것이다.
1 is a photograph of a SiO 2 template.
2 is a photograph of a TiO 2 nanocapsule.
3 is an electron microscopic view of the MBCP third-party synthetic bone.
4 is an electron microscopic view of TIO 2 according to the present invention.
Fig. 5 shows the appearance of HA hollow capsule aggregates according to the present invention attached to an implant surface. Fig.
Figure 6 is an illustration of an example of a hollow capsule aggregate according to the present invention.

발명의 실시를 위한 최선의 형태Best Mode for Carrying Out the Invention

본 발명은 기능성 인자를 함유하는 나노 스캐폴드 및 이의 제조방법을 제공한다.The present invention provides nanoscrafolds containing functional agents and methods of making the same.

본 발명은 보다 구체적으로 각 단위 직경의 SiO2 비드를 템플레이트로 이용하여 나노 크기의 캡슐을 제조하되, SiO2 비드 템플레이트 상에 TiO2, HA(Hydroxy apatite), TCP(Tri Calcium Phosphate)와 같은 생체친화성 재료를 코팅하고, 그 후 SiO2 비드는 제거하여 할로우 캡슐을 제조하며, 각 단위 직경의 할로우 캡슐을 여러 조합으로 혼합하여 응집체(aggregates)를 제조한 후 골형성 촉진 또는 항염증, 항균 작용 등을 나타내는 기능성 인자를 할로우 캡슐 내로 로딩하여, 기능성 인자를 함유하는 합성골 재료를 제조하는 방법 및 이러한 제조방법에 따라 제조된 기능성 인자를 함유하는 나노 스캐폴드를 제공한다.In vivo The present invention as more specifically, by using the SiO 2 beads for each unit size as a template prepared in the capsules of the nano-scale, TiO 2, HA (Hydroxy apatite ), TCP (Tri Calcium Phosphate) on SiO 2 beads template The hollow capsules are prepared by coating the affinity material, then the SiO 2 beads are removed, and the hollow capsules of each unit diameter are mixed in various combinations to produce aggregates. And the like, into a hollow capsule to provide a synthetic bone material containing a functional factor and a nanoscale containing the functional agent prepared according to such a production method.

발명의 실시를 위한 형태DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

본 발명은 (a) SiO2 비드를 제조하는 단계; (b) SiO2 비드를 템플레이트로 이용하여 나노 크기의 캡슐을 제조하되, SiO2 템플레이트 상에 생체 친화성 재료를 코팅하는 단계; (c) SiO2 비드를 제거하여 할로우 캡슐을 제조하는 단계; 및 (d) 할로우 캡슐을 혼합하여 응집체(aggregates)를 제조한 후 기능성 인자를 할로우 캡슐 내로 로딩하거나, 기능성 인자를 할로우 캡슐 내로 로딩한 후 할로우 캡슐을 혼합하여 응집체를 제조하는 단계를 포함하는, 기능성 인자가 탑재된 나노 스캐폴드의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for preparing (a) an SiO 2 bead; (b) using a SiO 2 bead as a template to produce a nanoscale capsule, wherein the biocompatible material is coated on the SiO 2 template; (c) removing the SiO 2 beads to prepare a hollow capsule; And (d) mixing the hollow capsules to produce aggregates, and then loading the functional agents into the hollow capsules, or loading the functional agents into the hollow capsules, followed by mixing the hollow capsules to form agglomerates. Lt; RTI ID = 0.0 > nanoscale < / RTI >

본 발명에 따른 일 양태에서, 단계(a)에서, SiO2 비드의 직경은 500 nm 이상 1 μm 이하, 구체적으로 500 nm, 600 nm, 700 nm, 800 nm, 900 nm, 1 μm의 직경을 갖는 비드일 수 있다.In one embodiment according to the invention, in step (a), the diameter of the SiO 2 beads is in the range of 500 nm to 1 μm, specifically 500 nm, 600 nm, 700 nm, 800 nm, 900 nm, Beads.

본 발명에 따른 일 양태에서, SiO2 비드는 다음 과정을 통해 제조될 수 있다. In one aspect, SiO 2 beads in accordance with the present invention can be produced through the following procedure.

(1) 실리카 나노입자 분산액의 제조(1) Preparation of dispersion of silica nanoparticles

Stober 방법을 사용하여 다양한 크기를 갖는 실리카 나노입자를 제조할 수 있다. 졸-젤 반응에서 용매의 종류, 촉매의 양, 물의 양, 그리고 전구체인 테트라에틸오르토실리케이트(tetraethylorthosilicate, TEOS)의 양 등은 입자의 크기에 영향을 미친다. 먼저 반응 용기에 무수에탄올을 정량하여 일정한 농도의 전구체인 테트라에틸오르토실리케이트를 녹인다. 이후에 테트라에틸오르토실리케이트는 물이 첨가되어 가수분해를 통해 테트라에틸에테르가 제거되고 물의 히드록실기가 치환되어 들어간다. 이때 반응은 염기성 상태에서 구형의 나노입자가 고르게 형성되므로 암모니아수를 첨가하는 과정을 거친다. 특히 무수에탄올에 녹아있는 테트라에틸오르토실리케이트 용액은 물이 한방울씩 분별깔대기를 통해 교반을 통해 고르게 첨가되면서 미세하게 실리카전구체를 형성하면서 실리카 나노입자 분산액을 제조한다. The Stober method can be used to produce silica nanoparticles of various sizes. In the sol-gel reaction, the type of solvent, the amount of catalyst, the amount of water, and the amount of tetraethylorthosilicate (TEOS), the precursor, affect particle size. First, anhydrous ethanol is quantified in a reaction vessel to dissolve tetraethylorthosilicate, which is a precursor of a certain concentration. Tetraethylorthosilicate is then added with water to remove tetraethyl ether through hydrolysis and substitution of the hydroxyl groups of the water. At this time, since the spherical nanoparticles are uniformly formed in the basic state, the reaction is carried out by adding ammonia water. Particularly, the tetraethyl orthosilicate solution dissolved in anhydrous ethanol produces a silica nanoparticle dispersion while water is added uniformly through a separating funnel by a dropwise addition while uniformly forming a silica precursor.

(2) 단일메조기공을 가진 코어-쉘 실리카 입자의 제조(2) Preparation of core-shell silica particles having a single mesopore

반응 용기에 실리카 나노입자 분산액을 암모니아수 등이 포함된 증류수에 첨가한 후, 교반하여 용액 A를 제조하고, 계면활성제 용액을 교반한 후 위 용액 A에 첨가하여 교반해준다. 실리카 전구체를 교반하면서 첨가하고, 열을 가하면 실리카 주형체가 제조될 수 있다.The silica nanoparticle dispersion is added to distilled water containing ammonia water and the like and then stirred to prepare solution A. The surfactant solution is stirred and then added to the solution A and stirred. A silica precursor is added while stirring, and a silica cast body can be produced by applying heat.

(3) 캡슐형 실리카-티타니아 복합체 제조(3) Production of encapsulated silica-titania composite

상기 단계에서 제조된 실리카 주형체를 유기용매와 물의 혼합용액에 넣고 분산시킨다. 에틸렌 글리콜과 같은 용매에 티타늄부톡사이드 등을 첨가한 후 교반하여 TiO2 전구체를 고르게 용액으로 분산한다. 상기 분산된 실리카 주형체에 상기 TiO2 전구체를 한방울씩 적하하여 세게 교반하며 반응을 진행하면 실리카 주형체의 표면에 TiO2 전구체가 가수분해를 통해 침착하며 코팅이 시작된다. 충분히 30분 이상 첨가 및 교반한 뒤 원심분리기를 이용하여 코팅된 캡슐형 실리카-티타니아 복합체를 원심분리한다. 이때 이들 입자의 표면에 붙은 불순물을 유기용매로 세척하고 대기건조시킨다. 그리고 이때 60도 이상의 열처리 건조공정을 통하여 용매와 불순물이 완전히 제거된 순수한 캡슐형 실리카 복합체가 제조될 수 있다. The silica mold formed in the above step is put into a mixed solution of an organic solvent and water and dispersed. Titanium butoxide or the like is added to a solvent such as ethylene glycol and the mixture is stirred to uniformly disperse the TiO 2 precursor in the solution. When stirring vigorously was added dropwise to the dispersed state of silica polymorphs dropwise to the TiO 2 precursor and the reaction proceeds TiO 2 precursor to the surface of the silica primary molded product is deposited through hydrolysis, and the coating is started. After addition and stirring for more than 30 minutes, centrifuge the coated capsule-type silica-titania complex using a centrifuge. At this time, impurities adhered to the surfaces of these particles are washed with an organic solvent and air dried. At this time, a pure capsule-type silica composite in which the solvent and the impurities are completely removed can be produced through a heat treatment drying process of 60 degrees or more.

(4) 다공성 중공캡슐 제조(4) Production of porous hollow capsule

상기 제조된 캡슐형 실리카 복합체를 물과 유기용매가 섞인 용매 중에 고르게 분산시킨 뒤, 실리카를 강염기를 수용액 상에서 적절히 희석하여 가온교반을 30분 이상 진행한다. 이때 코어에 있는 실리카주형체는 침투된 수용액의 염기이온과 반응하여 서서히 실리카가 용출되어 코어가 제거된 다공성 중공캡슐을 제조할 수 있다. The prepared capsule-type silica composite is uniformly dispersed in a solvent mixed with water and an organic solvent, and the silica is appropriately diluted with an aqueous solution in an aqueous solution, followed by heating and stirring for 30 minutes or more. At this time, the silica cast body in the core reacts with the base ion of the permeated aqueous solution so that the silica is gradually eluted to prepare the porous hollow capsule from which the core is removed.

본 발명에 따른 일 양태에서, 단계(b)에서 생체 친화성 재료는 TiO2, Ti3O, Ti2O, Ti3O2, TiO, Ti2O3, Ti3O5 및 티타늄 부톡시드로 구성된 그룹으로부터 선택되는 티타늄 산화물; 트리 칼슘 포스페이트, 칼슘 포스페이트; 수산화 아파타이트, 실리콘 및 마그네슘이 치환된 수산화 아파타이트로 구성된 그룹으로부터 선택되는 아파타이트; 칼슘 설페이트; 지르코늄 디옥시드; 실리콘 디옥시드; 및 이들의 복합물로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.In one embodiment according to the present invention, bio-compatible material in step (b) is a TiO 2, Ti 3 O, Ti 2 O, Ti 3 O 2, TiO, Ti 2 O 3, Ti 3 O 5 , and titanium butoxide Titanium oxide selected from the group consisting of; Tricalcium phosphate, calcium phosphate; Apatite selected from the group consisting of hydroxy apatite, silicon and magnesium substituted hydroxy apatite; Calcium sulfate; Zirconium dioxide; Silicon dioxide; And combinations thereof.

본 발명에 따른 일 양태에서, 단계(b)에서 생체 친화성 재료는 보다 구체적으로 TiO2, 수산화 아파타이트 및 트리 칼슘 포스페이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.In an embodiment according to the present invention, the biocompatible material in step (b) may be any one selected from the group consisting of TiO 2 , hydroxide apatite and tricalcium phosphate more specifically.

상기 물질을 재료로 사용함으로써, 동종골(사람뼈)나 이종골(소뼈, 말뼈 등)에서 발생할 수 있는 면역학적 문제, 교차 감염 또는 알레르기 반응과 같은 부작용을 일으키지 않고 대상자에 이식될 수 있다.By using the material as a material, it can be implanted in a subject without causing side effects such as immunological problems, cross-infection, or allergic reaction that may occur in allograft (human bone) or heterogeneous bone (bones, horses, etc.).

본 발명에 따른 일 양태에서, 단계(d)에서 기능성 인자는 골형성 촉진, 항균, 항염증 및 산성화도(acidity)를 높이는 기능을 나타내는 인자로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 기능성 인자일 수 있다. 이 때 상기 스캐폴드에는 골형성인자가 탑재될 수 있으며, 골형성인자로는 구체적으로 골형성단백질, 예를 들어 재조합골형성단백질(recombinant human bone morphogenetic protein)과 같은 것이 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 스캐폴드에 탑재되는 생체분자로는 천연 생체분자, 합성 생체분자, 재조합 생체분자 등을 들 수 있다. 구체적으로 세포부착인자, 효소, 혈중 단백질, 항체, 성장인자, 호르몬, DNA, RNA, RNAi, 약물, 단백질 의약품, 펩타이드, 무기질, 비타민, 골형성인자 등이다. In one embodiment according to the present invention, in step (d), the functional agent may be a functional factor selected from the group consisting of factors that promote the promotion of bone formation, antibacterial, antiinflammatory and acidity. At this time, the scaffold may be loaded with an osteogenesis factor. As the osteophyte, an osteogenic protein such as a recombinant human bone morphogenetic protein may be used. Biomolecules to be mounted on the scaffold according to the present invention include natural biomolecules, synthetic biomolecules, and recombinant biomolecules. Specifically, it is a cell attachment factor, enzyme, blood protein, antibody, growth factor, hormone, DNA, RNA, RNAi, drug, protein drug, peptide, inorganic vitamin,

본 발명에 따른 일 양태에서, 단계(d)에서 기능성 인자는 디핑(dipping), 원심분리 및 소니케이션법으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 방법을 사용하여 할로우 캡슐 내로 로딩될 수 있다.In an embodiment according to the present invention, in step (d), the functional agent may be loaded into the hollow capsule using one or more methods selected from the group consisting of dipping, centrifugation and sonication.

본 발명에 따른 일 양태에서, 상기 제조방법에 따라 제조되는 기능성 인자를 함유하는 나노 스캐폴드가 제공된다.In one aspect of the present invention, there is provided a nanocascaphrode containing a functional agent produced according to the above production method.

본 발명의 일 실시양태에서, 상기 나노 스캐폴드는 의료용 임플란트, 약물 전달용 담체(drug delivery carrier) 또는 세포 전달용 담체(cell delivery carrier)로 사용될 수 있고, 특히 상기 스캐폴드는 뼈와 같은 조직의 재생, 치In one embodiment of the present invention, the nanoscale may be used as a medical implant, a drug delivery carrier or a cell delivery carrier, and in particular, the scaffold may be a bone- Play, value

유, 대체 및 복구; 또는 세포 또는 약물 전달체용으로 사용될 수 있다.Replacement, and recovery; Or for cells or drug delivery bodies.

이하, 본 발명에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples of the present invention and Comparative Examples which are not based on the present invention, but the scope of the present invention is not limited by the following Examples.

실시예 1. 합성골 이식재의 제조Example 1. Preparation of synthetic bone graft material

(1) 500 nm 이상 1 μm이하 크기의 SiO2 비드를 제조하였다. SiO2 비드 는 다음과 같은 과정에 따라 제조되었다.(1) SiO 2 beads having a size of 500 nm or more and 1 μm or less were prepared. The SiO 2 beads were prepared according to the following procedure.

1) 실리카 나노입자 분산액의 제조1) Preparation of dispersion of silica nanoparticles

Stober 방법을 사용하여 다양한 크기를 갖는 실리카 나노입자를 제조하였다. 졸-젤 반응에서 용매의 종류, 촉매의 양, 물의 양, 그리고 전구체인 테트라에틸오르토실리케이트(tetraethylorthosilicate, TEOS)의 양 등은 입자의 크기에 영향을 미친다. 보다 구체적인 제조과정은 다음과 같다:Stober method was used to prepare silica nanoparticles having various sizes. In the sol-gel reaction, the type of solvent, the amount of catalyst, the amount of water, and the amount of tetraethylorthosilicate (TEOS), the precursor, affect particle size. A more specific manufacturing process is as follows:

반응 용기에 에탄올 1,000 mL를 담고 전구체인 테트라에틸오르토실리케이트를 0.14 mol을 첨가하여 충분히 분산하였다. 이때 테트라에틸오르토실리케이트는 수분에 매우 약하므로 대기 중에 오래 노출시키지 않는다. 한편 무수에탄올에 분산된 테트라에틸오르토실리케이트 용액은 3차 증류수 10 mL에 촉매인 28wt% 암모니아수 1 mol을 첨가하여 분별깔대기를 통해 테트라에틸오르토실리케이트 유기용액에 1방울씩 적하를 하여 빠르게 교반하였다. 수분에 의해 테트라에틸오르토실리케이트의 테트라에틸에테르는 가수분해되어 용액으로 분리되고 물의 히드록실기가 대신 치환하여 실리카를 형성하게 된다. 이때 이들 반응용액은 고른 구형 실리카 나노입자 형성을 위해 상온에서 1시간 동안 고르게 교반하였다. 이때 생성된 실리카 입자(particles)는 지름이 약 500 nm인 것으로 나타났다.The reaction vessel was charged with 1,000 mL of ethanol, and 0.14 mol of tetraethylorthosilicate, which is a precursor, was added thereto to sufficiently disperse it. At this time, tetraethylorthosilicate is very weak to moisture and is not exposed to the atmosphere for a long time. On the other hand, in the tetraethyl orthosilicate solution dispersed in anhydrous ethanol, 1 mol of 28 wt% ammonia water as a catalyst was added to 10 mL of tertiary distilled water, and 1 drop was added dropwise to the organic solution of tetraethyl orthosilicate through a separating funnel. The tetraethyl ether of tetraethyl orthosilicate is hydrolyzed by water to separate into a solution and the hydroxyl group of water is substituted for it to form silica. At this time, these reaction solutions were evenly stirred at room temperature for 1 hour to form uniform spherical silica nanoparticles. The resulting silica particles were found to have a diameter of about 500 nm.

2) 단일메조기공을 가진 코어-쉘 실리카 입자의 제조2) Preparation of core-shell silica particles having a single mesopore

반응 용기에 1)에서 제조된 실리카 나노입자 분산액 10 mL을 암모니아수(28wt%, 0.1 mL)가 포함된 증류수 20 mL에 첨가한 후, 30분 동안 교반하여 용액 A를 제조하였다. 그리고 몰비가 세틸트리메틸암모늄브로마이드(cetyltrimethylammonium bromide): 1,3,5-트리메틸벤젠(1,3,5-trimethylbenzene):데케인(decane):증류수:에탄올이 1:1:1:113.99:17.77로 구성된 계면활성제 용액 6.24 mL을 실온에서 30분 동안 교반한 후 위 용액 A에 첨가하여 실온에서 30분 동안 교반해 주었다. 그리고 TEOS 0.43 mL을 교반하면서 첨가하여 10분 동안 교반해 주었다. 교반이 끝난 뒤 70℃로 설정되어 있는 오븐에서 15시간 동안 수열반응을 시켰다. 제조된 시료는 원심분리기로 회수하고 여러번 용매로 세척과정을 거쳐 불순물을 제거한다, 회수된 시료는 70℃에서 건조한 후, 관화로(tube furnace)를 이용하여 산소를 불어주면서 실온에서 500℃까지 1시간 40분 동안 서서히 올리고, 500℃에서 5시간 동안 유지한 후, 다시 실온으로 온도를 내려주어 유기물을 제거하였다.To the reaction vessel, 10 mL of the silica nanoparticle dispersion prepared in 1) was added to 20 mL of distilled water containing ammonia water (28 wt%, 0.1 mL) and stirred for 30 minutes to prepare Solution A. And the molar ratio of cetyltrimethylammonium bromide: 1,3,5-trimethylbenzene: decane: distilled water: ethanol was 1: 1: 1: 113.99: 17.77 6.24 mL of the prepared surfactant solution was stirred at room temperature for 30 minutes, then added to Solution A, and stirred at room temperature for 30 minutes. Then 0.43 mL of TEOS was added with stirring and stirred for 10 minutes. After the stirring, hydrothermal reaction was carried out in an oven set at 70 DEG C for 15 hours. The recovered sample is dried at 70 ° C and then heated to a temperature of 500 ° C from room temperature while blowing oxygen using a tube furnace. The temperature was gradually raised for 40 minutes, maintained at 500 < 0 > C for 5 hours, and then cooled to room temperature to remove organic matter.

3) 캡슐형 실리카-티타니아 복합체 제조3) Preparation of capsule-type silica-titania composite

상기 단계2)에서 제조된 실리카 주형체 0.1 g을 아세톤 50 mL과 3차증류수 0.1 mL의 혼합용액에 넣고 초음파기를 이용하여 고르게 분산시켰다. 에틸렌 글리콜 60 mL에 티타늄부톡사이드 0.4 mL을 첨가한 후 12시간 동안 교반하여 TiO2 전구체를 제조하였다. 상기 분산된 실리카 주형체에 상기 TiO2 전구체 10 mL을 첨가한 후, 3시간 동안 교반한 뒤 에탄올로 세척하고 70℃에서 12시간 동안 건조하였다. 그리고 관화로를 이용하여 450℃에서 5시간 동안 산소를 흘려주면서 열처리를 하여 금속 또는 금속산화물 층을 형성한 캡슐형 실리카 복합체를 제조하였다. 상기 산화물 층의 두께는 25 nm였다.0.1 g of the silica precipitate prepared in step 2) was added to a mixed solution of 50 mL of acetone and 0.1 mL of tertiary distilled water and dispersed evenly using an ultrasonic machine. To 60 mL of ethylene glycol, 0.4 mL of titanium butoxide was added, followed by stirring for 12 hours to prepare a TiO 2 precursor. 10 mL of the TiO 2 precursor was added to the dispersed silica mold, stirred for 3 hours, washed with ethanol, and dried at 70 ° C for 12 hours. Then, a capsule type silica composite was formed by forming a metal or metal oxide layer by heat treatment at a temperature of 450 ° C. for 5 hours using a saccharification furnace. The thickness of the oxide layer was 25 nm.

4) 다공성 중공캡슐 제조4) Manufacture of Porous hollow capsule

상기 제조된 캡슐형 실리카 복합체 0.1 g을 에탄올 3 mL에 분산시킨 후, 1M NaOH 수용액 5mL에 넣고 70℃ 반응 오븐에 3 내지 5시간 동안 반응시켜 상기 실리카 주형체를 제거하여 다공성 중공캡슐을 제조하였다. 상기 제조된 다공성 중공캡슐은 원심분리를 이용하여 분리하였고, 에탄올로 세척한 후 70℃에서 12시간 동안 건조하였다.0.1 g of the prepared capsule-shaped silica composite was dispersed in 3 mL of ethanol, and the resulting mixture was placed in 5 mL of 1M NaOH aqueous solution and reacted in a reaction oven at 70 ° C for 3 to 5 hours to remove the silica cast body to prepare a porous hollow capsule. The prepared porous hollow capsules were separated by centrifugation, washed with ethanol, and then dried at 70 ° C for 12 hours.

(2) TiO2, HA 또는 Tcp를 각 단위 직경의 SiO2 비드를 템플레이트로 사용하여 SiO2 비드 템플레이트에 코팅하고, SiO2 비드 템플레이트를 제거(용해)하여 TiO2, HA 또는 Tcp 할로우 캡슐(hollow capsule)을 제조하였다. 자세히 설명하면 우선 Stober 방법을 통해 제조된 실리카 주형체를 유기용매와 물의 혼합용액에 넣고 분산시켰다. 에틸렌 글리콜과 같은 용매에 티타늄부톡사이드 등을 첨가한 후 교반하여 TiO2 전구체를 고르게 용액으로 분산하였다. 상기 분산된 실리카 주형체에 상기 TiO2 전구체를 한방울씩 적하하여 세게 교반하며 반응을 진행하면 실리카 주형체의 표면에 TiO2 전구체가 가수분해를 통해 침착하며 코팅이 시작된다. 충분히 30분 이상 첨가 및 교반한 뒤 원심분리기를 이용하여 코팅된 캡슐형 실리카-티타니아 복합체를 원심분리하였다. 이때 이들 입자의 표면에 붙은 불순물을 유기용매로 세척하고 대기건조시켰다. 그리고 이때 60도 이상의 열처리 건조공정을 통하여 용매와 불순물이 완전히 제거된 순수한 캡슐형 실리카 복합체가 제조될 수 있다. (2) TiO 2 , HA, or Tcp were coated on the SiO 2 bead template using SiO 2 beads of each unit diameter as a template, and the SiO 2 bead template was removed to dissolve TiO 2 , HA or Tcp hollow capsules capsule) was prepared. In detail, first, the silica mold formed by the Stober method was dispersed in a mixed solution of an organic solvent and water. Titanium butoxide or the like is added to a solvent such as ethylene glycol and the mixture is stirred to uniformly disperse the TiO 2 precursor in a solution. When stirring vigorously was added dropwise to the dispersed state of silica polymorphs dropwise to the TiO 2 precursor and the reaction proceeds TiO 2 precursor to the surface of the silica primary molded product is deposited through hydrolysis, and the coating is started. After the addition and stirring for more than 30 minutes, the coated capsule-type silica-titania complex was centrifuged using a centrifuge. At this time, impurities adhering to the surfaces of these particles were washed with an organic solvent and air dried. At this time, a pure capsule-type silica composite in which the solvent and the impurities are completely removed can be produced through a heat treatment drying process of 60 degrees or more.

다공성 중공캡슐 제조: 제조된 캡슐형 실리카 복합체를 물과 유기용매가 섞인 용매 중에 고르게 분산시킨 뒤, 실리카를 강염기를 수용액 상에서 적절히 희석하여 가온교반을 30분 이상 진행하였다. 이때 코어에 있는 실리카주형체는 침투된 수용액의 염기이온과 반응하여 서서히 실리카가 용출되어 코어가 제거된 다공성 중공캡슐을 제조할 수 있었다.Preparation of Porous Hollow Capsule: The prepared capsule-type silica composite was uniformly dispersed in a mixture of water and an organic solvent, and the silica was appropriately diluted in an aqueous solution, followed by heating and stirring for 30 minutes or more. At this time, the silica template in the core reacted with the base ion of the infiltrated aqueous solution, and the silica was gradually eluted to prepare a porous hollow capsule having the core removed.

(3) 각 단위의 체를 이용하여 각 단위 직경, 100 nm, 200 nm, 300 nm, 500 nm의 할로우 캡슐을 분류하고, 이들 캡슐을 여러 조합으로 혼합하여, 나노 단위의 합성골 재료를 수득할 수 있다.(3) Hollow capsules of each unit diameter, 100 nm, 200 nm, 300 nm and 500 nm were classified using each unit of a unit, and these capsules were mixed in various combinations to obtain a nano-unit synthetic bone material .

(4) (2)에서 제조된 할로우 캡슐을 SEM 촬영한 결과 폐쇄성의 캡슐이 아니라 다양한 사이즈의 불규칙한 포어 구조를 갖는 구형의 캡슐이 생성된 것으로 확인되었다(도 1 참조). 상기 캡슐은 캡슐 직경의 1/100 내지 1/10 크기의 포어 크기를 갖는 것으로 나타났다. (3)에서 제조된 응집체(aggregates)와 20 μm 내지 100 μm의 크기를 갖는 골형성 촉진관여 인자(펩타이드, 항생제, 항염증제 등)을 디핑(dipping), 원심분리, 소니케이션 방법으로 할로우 캡슐 내로 로딩하여 기능성 인자를 함유하는 합성골을 제조하였다. 이때 기능성 약물은 수용액 또는 유기용매에 충분한 농도로 희석하여 할로우 캡슐과 물리적으로 섞어주어 모세관과 삼투압 현상을 통하여 할로우 캡슐내로 로딩하였다. 특히 할로우 캡슐은 다공성이므로 약물이 다공성 캡슐막을 통하여 서서히 침착되거나 서서히 방출되는 기능을 지닌 나노단위의 합성골 재료를 제조할 수 있었다.(4) SEM photographs of the hollow capsules prepared in (2) revealed that spherical capsules having irregular pore structures of various sizes were produced, not closed capsules (see FIG. 1). The capsule has a pore size of 1/100 to 1/10 of the capsule diameter. (3), and bone formation promoting factors (peptide, antibiotic, antiinflammatory agent, etc.) having a size of 20 탆 to 100 탆 are loaded into hollow capsules by dipping, centrifugation, To produce synthetic bone containing functional factors. At this time, the functional drug was diluted to a sufficient concentration in an aqueous solution or an organic solvent and physically mixed with a hollow capsule, and then loaded into a hollow capsule through capillary and osmotic phenomenon. In particular, since the hollow capsule is porous, a nano unit synthetic bone material having a function of gradually releasing or gradually releasing the drug through the porous capsule membrane can be produced.

실시예 2. 합성골 이식재의 제조Example 2: Preparation of synthetic bone graft material

실시예1과 같이 제조하되, 단계(4)에서 시트르산을 할로우 캡슐 내로 로딩하여, 산성화도(acidity)를 증대시키는 인자를 함유하는 합성골을 제조하였다.Prepared as in Example 1, in step (4), citric acid was loaded into hollow capsules to produce synthetic bone containing factors that increased acidity.

실시예 3. 합성골 이식재의 제조Example 3: Preparation of synthetic bone graft material

실시예1과 같이 제조하되, 단계(4)에서 아스코르브산을 할로우 캡슐 내로 로딩하여, 산성화도(acidity) 증대시키는 인자를 함유하는 합성골을 제조하였다.Prepared as in Example 1, in step (4), ascorbic acid was loaded into hollow capsules to produce synthetic bone containing factors that increased acidity.

실시예 4. 합성골 이식재의 제조Example 4. Preparation of synthetic bone graft material

실시예1과 같이 제조하되, 단계(4)에서 항생제를 할로우 캡슐 내로 로딩하여, 항균성을 갖는 기능성 인자를 함유하는 합성골을 제조하였다.Prepared as in Example 1, in step (4), the antibiotic was loaded into a hollow capsule to produce a synthetic bone containing a functional factor with antimicrobial activity.

실시예 5. 합성골 이식재의 제조Example 5: Preparation of synthetic bone graft material

실시예1과 같이 제조하되, 단계(4)에서 항염증제를 할로우 캡슐 내로 로딩하여, 항염증 효과를 갖는 합성골을 제조하였다.The preparation was carried out as in Example 1, and the anti-inflammatory agent was loaded into the hollow capsules in step (4) to produce a synthetic bone having an anti-inflammatory effect.

본 발명에 따른 기능성 인자를 함유하는 합성골 재료는 보다 빠른 골형성을 유도할 수 있고, 기능성 인자를 탑재하고 있기 때문에 적용대상에 따라 적절한 기능성 인자를 탑재하여 적용함으로써 맞춤식 테라피가 가능하며 본 발명에 따른 합성골 재료의 경우 외상성 골결손, 수술로 인한 외과적 골손상에 대한 약물 효과와 골형성 촉진 인자 등의 약물 전달 시스템에 의한 시차별 서방출을 유도함으로써 기존의 창상치유 과정을 안전하고 확실하게 할 수 있고, 치료기간이 단축되는 효과를 기대할 수 있으며, 골형성 과정이 신속히 유도될 수 있고 보다 경제적인 제조가 가능한바 산업상 이용가능성이 있다.Since the synthetic bone material containing the functional factor according to the present invention can induce faster bone formation and is equipped with a functional factor, it is possible to provide a customized therapy by applying an appropriate functional factor according to the application object. In the case of the synthetic bone material, the drug delivery system for traumatic bone defect, surgical bone defect, and osteogenesis promoting factor induces release by time lag, thereby safely and securely performing the existing wound healing process And the treatment period can be shortened, and the bone formation process can be promptly induced, and more economical manufacturing is possible, which is industrially applicable.

Claims (10)

(a) SiO2 비드를 제조하는 단계;
(b) SiO2 비드를 템플레이트로 이용하여 나노 크기의 캡슐을 제조하되, SiO2 템플레이트 상에 생체 친화성 재료를 코팅하는 단계;
(c) SiO2 비드를 제거하여 할로우 캡슐을 제조하는 단계; 및
(d) 할로우 캡슐을 혼합하여 응집체(aggregates)를 제조한 후 기능성 인자를 할로우 캡슐 내로 로딩하거나, 기능성 인자를 할로우 캡슐 내로 로딩한 후 할로우 캡슐을 혼합하여 응집체를 제조하는 단계를 포함하는, 기능성 인자가 탑재된 나노 스캐폴드의 제조방법.
(a) preparing a SiO 2 beads;
(b) using a SiO 2 bead as a template to produce a nanoscale capsule, wherein the biocompatible material is coated on the SiO 2 template;
(c) removing the SiO 2 beads to prepare a hollow capsule; And
(d) mixing the hollow capsules to produce aggregates, then loading the functional agents into the hollow capsules, or loading the functional agents into the hollow capsules, followed by mixing the hollow capsules to form aggregates. The method comprising the steps of:
제1항에 있어서,
단계(a)에서, SiO2 비드의 직경이 500 nm 이상 1 μm 이하인 것을 특징으로 하는, 기능성 인자를 함유하는 나노 스캐폴드의 제조방법.
The method according to claim 1,
A process for producing a nanocascade comprising a functional factor, wherein in step (a), the diameter of the SiO 2 bead is 500 nm or more and 1 μm or less.
제1항에 있어서,
단계(b)에서 생체 친화성 재료는 TiO2, Ti3O, Ti2O, Ti3O2, TiO, Ti2O3, Ti3O5 및 티타늄 부톡시드로 구성된 그룹으로부터 선택되는 티타늄 산화물; 트리 칼슘 포스페이트, 칼슘 포스페이트; 수산화 아파타이트, 실리콘 및 마그네슘이 치환된 수산화 아파타이트로 구성된 그룹으로부터 선택되는 아파타이트; 칼슘 설페이트; 지르코늄 디옥시드; 실리콘 디옥시드; 및 이들의 복합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 기능성 인자가 탑재된 나노 스캐폴드의 제조방법.
The method according to claim 1,
Biocompatible materials are TiO 2, Ti 3 O, Ti 2 O, Ti 3 O 2, TiO, Ti 2 O 3, Ti 3 O 5 and titanium oxide that is selected from the group consisting of titanium butoxide, in step (b); Tricalcium phosphate, calcium phosphate; Apatite selected from the group consisting of hydroxy apatite, silicon and magnesium substituted hydroxy apatite; Calcium sulfate; Zirconium dioxide; Silicon dioxide; And combinations thereof. ≪ RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI >
제1항에 있어서,
단계(b)에서 생체 친화성 재료는 TiO2, 수산화 아파타이트 및 트리 칼슘 포스페이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 기능성 인자가 탑재된 나노 스캐폴드의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the biocompatible material in step (b) is any one selected from the group consisting of TiO 2 , hydroxide apatite, and tricalcium phosphate.
제1항에 있어서,
단계(d)에서 기능성 인자는 골형성 촉진, 항균, 항염증 및 산성화도(acidity)를 증대시키는 기능을 나타내는 인자로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 기능성 인자인 것을 특징으로 하는, 기능성 인자를 함유하는 나노 스캐폴드의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the functional factor in step (d) is a functional factor selected from the group consisting of factors that promote osteogenesis promotion, antibacterial, antiinflammatory, and acidity. / RTI >
제1항에 있어서,
단계(d)에서 기능성 인자는 디핑(dipping), 원심분리 및 소니케이션법으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 방법을 사용하여 할로우 캡슐 내로 로딩되는 것을 특징으로 하는, 기능성 인자를 함유하는 나노 스캐폴드의 제조방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that in step (d) the functional agent is loaded into a hollow capsule using one or more methods selected from the group consisting of dipping, centrifugation and sonication methods. Gt;
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된, 기능성 인자를 함유하는 나노 스캐폴드.7. A nanocascade containing functional agents, prepared according to the method of any one of claims 1 to 6. 제7항의 나노 스캐폴드를 이용하여 제조된 의료용 합성골.A medical synthetic bone prepared using the nano scaffold of claim 7. 제7항의 나노 스캐폴드를 이용하여 제조된 약물 전달용 담체(drug delivery carrier).A drug delivery carrier prepared using the nanoscale of claim 7. 제7항의 나노 스캐폴드를 이용하여 제조된 세포 전달용 담체(cell delivery carrier).A cell delivery carrier prepared using the nanoscale of claim 7.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160135266A (en) * 2014-04-30 2016-11-25 이정태 Surface-modified hybrid surface implant and method for manufacturing same
KR20190074437A (en) * 2017-12-20 2019-06-28 대구가톨릭대학교산학협력단 A manufacturing method of the porous biphasic calcium phosphate bone substitute materials having anti-inflammatory activity

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101892448B1 (en) * 2016-07-04 2018-08-28 한국전기연구원 A membrane and a manufacturing method for the implant
KR101997693B1 (en) * 2019-03-11 2019-07-08 주식회사 대건테크 Implant Fixture for Dental
CN113456608B (en) * 2021-07-08 2022-09-09 江南大学 Arabic gum hollow nano-capsule as well as preparation method and application thereof

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6416774B1 (en) * 1996-05-09 2002-07-09 The Trustees Of The University Of Pennsyvania Hollow bone mineral-like calcium phosphate particles
KR100972505B1 (en) * 2003-09-24 2010-07-26 주식회사 엘지생활건강 A porous inorganic particle for deodorization having carbon-coated pore and manufacturing method thereof
KR101011525B1 (en) * 2009-03-30 2011-01-31 한국표준과학연구원 Preparation method of porous hollow capsules
KR101178204B1 (en) * 2009-06-24 2012-08-30 단국대학교 산학협력단 Porous microsphere and manufacturing method thereof
KR101278099B1 (en) * 2012-01-31 2013-06-24 고려대학교 산학협력단 Method for producing porous bioceramic granules and porous bioceramic granules manufactured thereby

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160135266A (en) * 2014-04-30 2016-11-25 이정태 Surface-modified hybrid surface implant and method for manufacturing same
KR20190074437A (en) * 2017-12-20 2019-06-28 대구가톨릭대학교산학협력단 A manufacturing method of the porous biphasic calcium phosphate bone substitute materials having anti-inflammatory activity

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