KR20190069768A - 페이스트 형태의 골 대체용 합성골 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 골대체용 복합재료의 새로운 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 제1 페이스트와 제2 페이스트의 혼합공정으로 2-페이스트 시스템을 통하여 중합속도를 효과적으로 제어하면서 다공성을 형성하면서도 골대체용 합성골의 강도를 높이고 혈액순환의 원활을 도모하면서 다양한 균주에 대해 항균작용을 갖는 골대체용 합성골 제조방법 관련 기술이다.
본 발명에 따라 제조된 복합재료는 유기 재료 및 무기 재료의 장점들을 극대화할 수 있는바 구체적으로 시아노아크릴레이트는 형상을 유지시켜 주고 접착성을 가지게 하며, 칼슘포스페이트는 신생 뼈에 대한 골전도성(osteo-conductivity)을 제공하며 염화나트륨은 재료의 기공형성 및 체액의 유입 증대를 통해 신생골 치환 속도를 촉진할 수 있도록 하며, 솔비톨은 파우더형태의 재료를 페이스트 형태로 만들며, 유기재료와 무기재료의 혼합을 용이하게 한다. 또한, 테트라사이클린은 광범위 항생제로, 다양한 균에 대해 항균성을 갖도록 적용될 수 있는 기술이다.
따라서, 본 발명에 따른 골대체용 복합재료는 뼈 결함 충진을 위한 골대체재로서 유용할 것으로 기대된다.
본 발명에 따라 제조된 복합재료는 유기 재료 및 무기 재료의 장점들을 극대화할 수 있는바 구체적으로 시아노아크릴레이트는 형상을 유지시켜 주고 접착성을 가지게 하며, 칼슘포스페이트는 신생 뼈에 대한 골전도성(osteo-conductivity)을 제공하며 염화나트륨은 재료의 기공형성 및 체액의 유입 증대를 통해 신생골 치환 속도를 촉진할 수 있도록 하며, 솔비톨은 파우더형태의 재료를 페이스트 형태로 만들며, 유기재료와 무기재료의 혼합을 용이하게 한다. 또한, 테트라사이클린은 광범위 항생제로, 다양한 균에 대해 항균성을 갖도록 적용될 수 있는 기술이다.
따라서, 본 발명에 따른 골대체용 복합재료는 뼈 결함 충진을 위한 골대체재로서 유용할 것으로 기대된다.
Description
본 발명은 골대체용 복합재료의 새로운 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 무기재료로서 골전도성 무기물질(osteoconductive inorganic materials)를 포함하는 제1 페이스트와 유기재료로서 시아노아크릴레이트(Cyanoacrylate)를 포함하는 제2 페이스트를 혼합하는 2 페이스트 시스템(2-paste system)을 이용한 골대체용 복합재료의 제조방법에 관한 기술이다.
본원 기술사상이 적용되는 경우 제1 페이스트와 제2 페이스트의 혼합을 통해 골대체용 합성골의 강도를 높이고 혈액순환의 원활을 도모하는 효과를 제공한다.
뼈는 인체를 지탱하고 동작을 수행하는 기계적 기능 이외에도, 체내의 칼슘 이온농도를 조절하면서 칼슘의 저장고 역할을 하며, 골수에서 인체에 필요한 적혈구 및 백혈구를 생산하는 중요한 생리적 기능도 보유하고 있다.
뼈는 노화 및 다른 생리적인 이유로 손상되거나 여러 가지 사고로 손상될 수 있으며, 손상된 뼈의 이식에는 환자 자신의 조직을 이식하는 방법(자가골 이식), 타인(동종골)이나 동물(이종골)의 뼈를 이식하는 방법 등이 있다.
그러나, 타인의 조직을 이식함으로써 면역학적 거부반응이 발생되거나, 손상부위가 커서 환자 몸에서 사용할 수 있는 재료가 충분하지 않은 경우, 인공 골 이식재(골 대체재)를 사용하게 된다.
골 대체재는 생체 조직과의 적합성이 높아야 하고, 사용 양이 제한 받지 않아야 하며, 형태의 부여가 용이해야 하고, 부여한 형태가 장기간 변화되지 않아야 하고 생체 조직에 의해 대체되거나 조직이 자라 들어오는데 장애가 없어야 되는 등의 요구 조건을 충분히 만족시킬 만한 재료가 아직은 없는 실정이다.
합성골(alloplastic bone, synthetic bone)의 연구가 진행됨에 따라 금속, 유기물, 세라믹 등 모든 재료 분야를 총망라하며 연구가 진행되고 있는바, Brown 등은 무기 재료 중 흡수성인 다공성 하이드록시-아파타이트(hydroxy-apatite, 이하 HA)를 연구하였으며, Wolfe는 베타-트리칼슘 포스페이트(β-tricalciumphosphate, 이하 β-TCP)가 자연골의 무기성분과 구조가 유사하기 때문에 서서히 분해되어 신생골로 대체된다고 발표하였고, Chow 등은 β-TCP의 골전도성에 대해 보고한 바 있으며 그 외에도 Posset 등은 테트라칼슘 포스페이트(tetracalcium phosphate)를, Frankenburg 등은 칼슘 포스페이트 시멘트(calcium phosphate cement) 등에 대한 연구를 보고한 바 있다.
그러나 현재까지 제시된 기술은 아직까지도 여러 부분에서 한계에 부딪치고 있으며, 현재 사용되는 합성 골은 칼슘 설페이트(calcium sulfate)계 및 칼슘 포스페이트(calcium phosphate)계가 대부분으로칼슘 포스페이트는 천연 뼈 조성과의 유사성 및 뛰어난 뼈 전도성(osteoconductivity) 때문에, 골 대체재(bone substitutes)로 상당한 관심을 받고 있다.
또한 무기재료의 단독이 아닌 여러 가지의 무기재료를 혼합한 골 시멘트(bone cement)의 형태로 만드는 연구도 있는바, 이는 분말 형태가 아닌 점도를 갖는 재료로 초기 유동성을 막고, 어느 정도의 형태를 유지한다는 면에서 좋은 아이디어로 판단되지만, 이들 재료 대부분이 분말로 공급되거나, 형태를 부여하는 경우 강도가 약하고 그 형태가 오랫동안 유지되기 어려운 문제점 등으로 만족한 결과를 기대하기 어려운 형편이다.
이들 골 재생용 생체 세라믹 재료는 골 유도성이 아닌 골 전도성 재료이기 때문에 골 조직이 재료 내부로 성장되어 들어올 수 있는 적당한 크기의 연결된 기공을 갖는 다공체로 사용되는 구성이 바람직하며, 신생골의 성장 속도와 유사한 생분해 속도를 가져야하는 물성이 요구되고 있는 성질이다.
시아노아크릴레이트(Cyanoacrylate)는 순간접착제로 많이 사용되는 액상의 물질이며 물이나 아미드 기 등과 같은 약염기성 물질에 의해 급격한 이온반응을 거쳐 중합이 이루어지며 습기가 존재하는 상황에서도 경화되는 분해형 고분자로서, 의료용 접착제로 그 응용성이 확대되고 있는바, Cyanoacrylate를 기질로 하는 연조직 접착제는 Histoacryl (n-butyl-2-cyanoacrylate), Dermabond (octyl-cyanoacrylate), Traumaseal, GluStitch 등 그 종류가 다양하고, 미국 FDA에서 승인을 받아 그 사용 용도가 점점 증가하고 있는 추세로써 현재 생 분해 속도가 느린 butyl-, octyl cyanoacrylate 등이 의료용으로 사용되고 있다.
Cyanoacrylate의 장점은 실온 조건에서 중합되며, 이에 열이나 촉매, 압력을 가하지 않아도 중합이 이루어지며, 수분이 있는 조건에서도 중합이 가능하다는 점이나, 종래에는 Cyanoacrylate가 일반 무기재료와 접촉 시 순식간에 중합이 진행되어 경화반응을 제어할 수 없다는 문제점이 있어 왔는바 약염기인 무기재료의 표면 특성으로 인해 중합 반응이 급속하게 일어나는 것이다.
또한 순수 cyanoacrylate의 점도는 매우 낮기 때문에 뼈와 같이 치밀하지 않은 조직과의 접착 시 생기는 문제를 해소하기 위하여 고분자를 첨가하지만 이는 접착력 등 물성을 감소시키고 순수 cyanoacrylate의 경우 높은 반응열로 인해 세포를괴사시키는 우려도 배제할 수 없는 문제점을 갖고 있었다.
따라서, Cyanoacrylate와 무기재료를 혼합한 복합재료 연구는 혼합의 어려움으로 인해 본원 발명자를 제외하고는 전무한 상황으로 알고 있는바, 본원 발명자는 Cyanoacrylate와 무기재료를 혼합한 골대체용 복합재료에 대한 특허를 국내에 출원하여 등록특허 제10-0650453호로 등록되었으며 해외(미국)에도 특허로 등록되어있으며 또한 페이스트 형태의 복합재료 제작관현 기술도 국내 등록특허 제10-1019741호로 등록이 되어 있는바 상기 특허는 페이스트 형태의 다공성 재료를 제작하여 Cyanoacrylate의 수분환경에서의 중합속도 조절에 관한 기술이다.
본 발명자들은 상기 종래 기술들의 문제점 및 본인 특허기술의 실시과정에서 새롭게 부각되는 문제점들을 극복하기 위하여 연구 노력한 결과, 시아노아크릴레이트(Cyanoacrylate)를 포함하는 제1 페이스트와 골전도성 무기물질 (osteoconductive inorganic materials)를 포함하는 제2 페이스트를 혼합하는 2 페이스트 시스템(2-paste system)을 이용하여 수분 환경에서 시아노아크릴레이트의 중합속도를 효과적으로 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 다공성을 갖는 페이스트 형태의 골대체용 복합재료를 제조할 수 있음을 확인하고 이 건 출원발명을 완성하기에이르렀다.
본 발명자들은 종래기술들의 문제점인 저강도 및 저 신생골 치환성들을 극복하기 위하여 2-페이스트 시스템을 통해 생체 활성적 성질을 유지하면서 신생골 전도 능력이 빠르고 강도가 높은 신규 골 대체용 무기재료를 합성하기 위한 과제를 갖고 시작된 발명이다.
본 발명의 목적은 제1 페이스트와 제2 페이스트의 혼합공정으로 2-페이스트 시스템을 통하여 중합속도를 효과적으로 제어하면서 다공성을 형성하면서도 골대체용 합성골의 강도를 높이고 혈액순환의 원활을 도모하면서 다양한 균주에 대해 항균작용을 갖는 골대체용 합성골 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
본원 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로, 2 페이스트 시스템(2-paste system)을 이용하여 골대체용 복합재료를 제조하면 중합속도를 효과적으로 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 다공성을 갖는 페이스트 형태의 골대체용 복합재료 합성하기 위해 β-트리칼슘포스페이트 (β-Tricalcium Phosphate), 시아노아크릴레이트(Cyanoacrylate), 소듐클로라이드(Sodium chloride), 칼슘 설페이트 헤미 하이드레이트(Calcium sulfate hemihydrate) 등의 재료를 이용하여 소재의 밀도를 높여 강도 증진 및 상평형을 유도시켜 신생골 전도 능력을 증가시킨 페이스트 형태의 고강도 골 대체용 무기재료를 얻을 수 있음을 확인하여 완성된 발명이다.
또한, 수분환경에서 경화가 잘 이루어지지 않는 Cyanoacrylate의 문제점을 극복하기 위해 Monocalcium phosphate를 이용하여 중합속도를 제어할 수 있는 복합재료를 제조할 수 있고, 또한 테트라사이클린(Tetracycline)계 항생물질을 이용하여 다양한 균주에 대해 항균작용을 갖는 골대체용 합성골을 얻을 수 있음을 확인하여 완성된 발명이다.
본원 기술은 다음 단계들을 포함하는 골대체용 복합재료의 제조방법에 관한 발명으로 구성될 수 있다.
A) 골전도성 무기물질(osteoconductive inorganic materials)인 β-트리칼슘포스페이트(β-TCP) 40±10중량부와 다당류나 단당류로 제공되는 액상의 생체적합성 물질 40±10중량부와 칼슘설페이트 반수화물 20±5중량부가 혼합되어 제1 페이스트 100중량부를 얻는 제1단계 공정과,
B) 액상의 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate)40±10중량부와 고상의 충전재로 모노칼슘포스페이트 30±10중량부, 소듐클로라이드 20±5중량부, 바륨설페이트 10±5중량부를 혼합하여 수분 환경에서의 중합반응을 촉진하기 위한 제2 페이스트 100중량부를 얻는 제2단계 공정과,
C) 상기 제1 페이스트와 제 2 페이스트가 50±10 : 50±10 중량비율로 혼합되어 골대체용 복합재료를 얻는 제3단계 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 골대체용 복합재료의 제조방법이 개시된다.
본원의 상기 제1 단계 공정에 광범위 항생제를 이용하여 페이스트의 항균성을 확보할 수 있는바, 예를 들면 테트라사이클린(Tetracycline)계 등의 항생물질이 1±0.5중량부 비율로 추가되는 구성으로 페이스트의 항균성을 확보하고자 하는 기술사상도 포함한다.
또한 상기 제1 단계에 사용되는 골전도성 무기물질(osteoconductive inorganic materials)이 β-트리칼슘포스페이트(β-TCP) 이외에 하이드록시아파타이트(HA), β-트리칼슘포스페이트와 하이드록시 아파타이트가 더해진 BCP, 이종골, 동종골, 자가골 중에서 선택되는 뼈 재료로 대체되어 적용될 수 있으며, 상기 제 1, 2 페이스트 내 불투과성도를 나타내는 조영제를 이용할 수 있는바, 예를 들면 불투과성도를 나타내는 재료로 지르코늄옥사이드(Zrconium oxide), 비스무트 옥사이드(Bismuth Oxide) 중에서 선택되는 조형재가 1±0.5중량부 비율로 추가되어 사용될 수 있다.
본원의 골대체용 복합재료의 제조방법에 의해 만들어진 골대체용 합성골은 생체 활성적 성질을 유지하면서 신생골 전도 능력이 빠르고 높은 강도를 확보하는 특징을 갖는 골대체용 합성골로 제공된다.
본 발명에 따르면, 2 페이스트 시스템(2-paste system)을 이용함으로써 시아노아크릴레이트와 무기재료의 혼합시의 중합 속도를 효과적으로 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 다공성을 갖는 골대체용 복합재료를 제조할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따라 제조된 복합재료는 유기 재료 및 무기 재료의 장점들을 극대화할 수 있는바, 시아노아크릴레이트는 형상을 유지시켜 주고 접착성을 가지게 하며, 칼슘포스페이트는 신생 뼈에 대한 골전도성(osteo-conductivity)을 증가시켜주고 염화나트륨은 재료의 기공형성 및 체액의 유입 증대를 통해 신생골 치환 속도를 촉진할 수 있으며, 솔비톨은 파우더형태의 재료를 페이스트 형태로 만들어 유기재료와 무기재료의 혼합을 용이하게 하는 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 고강도 골 대체용 합성 골은 페이스트형태로 뼈 결함 충진을 위한 골 대체재 매식 시술시 시술 전 재료 성형의 용이성 증가 및 높은 압축강도를 가져 시술 후, 체내에서 일정 기간 동안 성형된 형체를 원래 상태대로 유지함과 동시에, NaCl의 용해에 따른 무기재료 기공 내에서의 체액 농도변화로 상평형 반응을 유도하여 기공 내 혈액순환이 개선됨에 따라 기존의 골대체용 합성 골을 대체할 우수한 재료로 널리 사용될 것으로 기대된다.
또한 성공적인 신생골 치환을 이뤄내기 위해 다양한 종류의 염증에 대해 항균작용을 가질 수 있도록 다양한 균주에 대해 항균작용을 가지는 테트라사이클린(Tetracycline)계 항생물질을 이용하여 항균성을 갖는 새로운 골대체용 합성골을 개발하는 효과를 제공한다.
도 1 : 2-페이스트 시스템을 이용한 골대체용 합성골의 압축강도
도 2 : block형태의 재료를 만능시험기를 이용하여 압축강도를 측정하였을 때, 시편의 모습
도 3 : SBF용액 침지 시험 후, 주 별 재료의 압축강도
도 4 : 용해도 시험 전 후, USB현미경 표면관찰
도 2 : block형태의 재료를 만능시험기를 이용하여 압축강도를 측정하였을 때, 시편의 모습
도 3 : SBF용액 침지 시험 후, 주 별 재료의 압축강도
도 4 : 용해도 시험 전 후, USB현미경 표면관찰
이하 본원발명의 기술사상이 구체적으로 구현되는 실시양태를 하기의 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명하기로 하나 이들 실시예는 단지 본 발명의 현실 적용가능성을 설명하기 위한 예시에 불과한 것이므로, 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않음은 당연하다 할 것이다.
본원의 실시예에 사용되는 각종 사용 원료들의 근원을 밝히기 위해 사용원료의 제조회사와 원료명을 아래와 같이 밝힌다.
- 2-옥틸시아노아크릴레이트(2-OCA) : Glustitch INC. (CAS NO. : 133978-15-1)
- 베타-트리칼슘포스페이트(β-Tricalcium Phosphate) : HIMED (CAS NO. : 7758-87-4)
- 모노칼슘포스페이트(Monocalcium phosphte) : 삼전화학 (CAS NO. : 7758-23-8)
- 염화나트륨(Sodium chloride) : Acros Oranics (CAS NO. : 7647-14-5)
칼슘 설페이트 반수화물(Calcium Sulfate Hemihydrate) : Acros Organics (CAS NO. : 10034-76-1)
솔비톨(Sorbitol F Solution) : Sigma Aldrich (CAS NO. : 50-70-4)
테트라사이클린 하이드로클로라이드(tetracycline hydrochloride) : Sigma Aldrich (CAS NO. : 64-75-5)
바륨설페이트(Barium Sulfate) : Sigma Aldrich (CAS NO. : 7727-43-7)
본원의 기술사상이 적용되어 골대체용 복합재료를 얻는 최량의 베스트모드 제조실시예는 아래와 같이 적용될 수 있는바, 이는 하기 표 1의 제조실시양태와 같이 수많은 시행오차를 겪으며 최적화한 실시양태를 나타낸 것이다.
실시예 1: 복합체(Composite)의 제조
제 1 페이스트 제조
β-트리칼슘포스페이트(β-Tricalcium Phosphate) 39.7중량부
칼슘 설페이트 반수화물(Calcium Sulfate Hemihydrate) 19.9중량부
솔비톨(Sorbitol F Solution) 39.7중량부
테트라사이클린 하이드로클로라이드(tetracycline hydrochloride, TC) 0.7 중량부
비율로 혼합되어 100% 중량부를 이루어 구성되었고,
제 2 페이스트 제조
2-옥틸시아노아크릴레이트(2-OCA) 31.8 중량부
모노칼슘포스페이트(Monocalcium phosphte) 31.8 중량부
소듐 클로라이드(Sodium chloride) 23.8 중량부
바륨 설페이트(Barium Sulfate)로 12.6 중량부
비율로 혼합되어 100% 중량부를 이루어 구성되었다.
복합체(Composite) 제조
상기 제1페이스트 50중량부, 제2페이스트 50중량부 비율로 혼합하여 골 대체용 복합재료를 얻을 수 있다.
상기 실시예 1과 유사 형태로 골 대체용 복합재료를 얻을 때 사용원료로 제1페이스트와 제2페이스트의 사용량을 다양하게 변화시키며 적용한 골 대체용 합성골의 원료조성 변화치를 표 1의 결과로 나타내고 상기 표 1에 따른 조성변화 결과가 압축강도에 어떤 변화를 주는지 확인하기 위하여 압축강도를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
표 2에 제시되는 페이스트 1의 원료에서 β-TCP 베타-트리칼슘포스페이트(β-Tricalcium Phosphate)
| Sample | Paste 1 | Paste 2 | ||||||
| β-TCP | CSH | TC | Sorbitol | 2-OCA | NaCl | MCPA | BaSO 4 | |
| 1 | 0.40 | 0.20 | 0.01 | 0.40 | 0.30 | 0.20 | 0.25 | 0.11 |
| 2 | 0.40 | 0.20 | 0.01 | 0.40 | 0.30 | 0.23 | 0.30 | 0.12 |
| 3 | 0.40 | 0.20 | 0.01 | 0.40 | 0.30 | 0.24 | 0.31 | 0.13 |
| 4 | 0.30 | 0.20 | 0.01 | 0.50 | 0.30 | 0.21 | 0.32 | 0.14 |
| 5 | 0.40 | 0.20 | 0.01 | 0.40 | 0.30 | 0.19 | 0.29 | 0.15 |
| 6 | 0.39 | 0.30 | 0.01 | 0.41 | 0.30 | 0.18 | 0.28 | 0.16 |
| 7 | 0.38 | 0.10 | 0.01 | 0.42 | 0.30 | 0.17 | 0.27 | 0.17 |
실시 예 2: 압축강도 시험
1) 각각의 페이스트별로 재료별 중량에 맞게 계량하여 준비하고 파우더 믹서 (KM Tech, LS-300)을 이용하여 혼합한다.
2) 제1 페이스트와 제2 페이스트를 각각의 중량부에 맞게 혼합한다,
3) 테플론재질의 틀에 넣어 직경 0.5cm/높이 1cm재료를 제작한다.
4) 테플론재질의 틀에 채워넣은 재료를 95%의 상대습도, 37.5 ℃의 온도를 유지해주는 항온항습기(제이오텍(주),TH-PE-065)에서 약 2시간 경화 후, 테플론재질의 틀에서 분리한다.
5)틀에서 분리한 재료는 37.5 ℃의 온도를 유지해주는 항온항습기에서 약 22시간 경화시간을 갖는다.
6) 경화시간 종료 후, 재료 표면의 수분 제거 후, 만능시험기((주)태원, TW-D102)를 이용하여 압축강도를 측정한 결과는 표 2와 같이 나타나고, 샘플 1부터 샘플 7까지의 압축강도 측정결과가 그래프로 표기되는 내용은 도 1에 제시되며, 도 2에서는 각각의 압축편의 사진도를 나타낸 것이다.
| Sample | Paste 1 | Paste 2 | 압축강도 | ||||||
| β-TCP | CSH | TC | Sorbitol | 2-OCA | NaCl | MCPA | BaSO 4 | ||
| 1 | 0.40 | 0.20 | 0.01 | 0.40 | 0.30 | 0.20 | 0.25 | 0.11 | 2.41 |
| 2 | 0.40 | 0.20 | 0.01 | 0.40 | 0.30 | 0.23 | 0.30 | 0.12 | 3.26 |
| 3 | 0.40 | 0.20 | 0.01 | 0.40 | 0.30 | 0.24 | 0.31 | 0.13 | 3.80 |
| 4 | 0.30 | 0.20 | 0.01 | 0.50 | 0.30 | 0.21 | 0.32 | 0.14 | 1.82 |
| 5 | 0.40 | 0.20 | 0.01 | 0.40 | 0.30 | 0.19 | 0.29 | 0.15 | 2.43 |
| 6 | 0.39 | 0.30 | 0.01 | 0.41 | 0.30 | 0.18 | 0.28 | 0.16 | 3.90 |
| 7 | 0.38 | 0.10 | 0.01 | 0.42 | 0.30 | 0.17 | 0.27 | 0.17 | 3.25 |
실시예 3: SBF용액 침지 후, 압축강도 시험
상기 표 2의 결과로부터 샘플 3의 결과로부터 본원 발명자가 기대하는 압축강도 실험결과를 확인하고 샘플 3 제품을 기준으로 SBF용액 침지 후의 압축강도를 측정하고자 하였다.
SBF용액이란 유사체액을 말하며, 본원에서 적용한 SBF용액의 일제조 실시예는 등록 특허 제10-0650453호를 참조하여 만들어 이용하였다.
1) 각각의 페이스트별로 재료별 중량에 맞게 계량하여 준비하고 파우더 믹서 (KM Tech, LS-300)을 이용하여 혼합한다.
2) 제1 페이스트와 제2 페이스트를 각각의 중량부에 맞게 혼합한다,
3) 테플론재질의 틀에 넣어 직경 0.5cm/높이 1cm재료를 제작한다.
4) 테플론재질의 틀에 채워넣은 재료를 95%의 상대습도, 37.5 ℃의 온도를 유지해주는 항온항습기(제이오텍(주),TH-PE-065)에서 약 2시간 경화 후, 테플론재질의 틀에서 분리한다.
5)틀에서 분리한 재료는 37.5 ℃의 온도를 유지해주는 항온항습기에서 약 22시간 경화시간을 갖는다.
6) 경화시간 종료 후, 재료 표면의 수분 제거 후, 만능시험기((주)태원, TW-D102)를 이용하여 압축강도를 측정한다.
7) Sample 별로 SBF용액에 각각 침지시킨 후, 37.5℃의 온도를 유지시켜준다.
8) SBF 침지 후, 주 별로 샘플의 압축강도를 측정하였으며 그 결과를 표 3에 나타낸다.
| Sample |
침지 전
압축강도 (MPa) |
침지 1주차 압축강도
(MPa) |
침지 2주차 압축강도
(MPa) |
침지 4주차 압축강도
(MPa) |
| 3 | 3.80 | 2.62 | 2.12 | 1.65 |
실시 예 4: 용해율 시험
시료의 용해도를 평가하여 재료가 녹아나가 기공을 형성하는 것을 확인하기 위한 실험으로, 압축강도 시험 시 가장 압축강도가 뛰어난 재료로 용해도 시험을 진행하였다.
용해율 시험 방법
1) 실시 예 1 : 복합체의 제조방법을 따라 시료를 제작
2) 뚜껑 없이 삼각플라스크의 무게를 측정 (M1)
3) 삼각플라스크와 시료의 무게를 측정(M2)한 후, 시료의 질량(M2- M1)을 계산하여 기록(M3)
4) (100 ± 1) ㎖의 증류수를 삼각플라스크에 넣어 시료와 완전히 접촉하도록 함
5) 20 ℃, 2 Hz(120 rpm)의 shaking incubator(제이오텍(주), ISF-7100R)에서 120시간 동안 시료가 담긴 삼각플라스크를 교반시킨다.
6) 여과 잔류물을 증류수로 3번 세척한 후, 60℃ 오븐에서 24시간 건조
7) 용해시킨 시료의 무게(M4)를 측정하여 침지 전 무게와 비교하여 용해율을 산출하여 표 4에 나타내었으며, SBF용액 침지 시험 전, 후의 압축강도에 대해 그래프로 나타내는 시험결과치는 도 3에 나타내었다.
| Paste 1 | Paste 2 | M3 (g) | M4 (g) | M3-M4 (g) | 용해율 (%) | ||||||
| β-TCP | CSH | TC | Sorbitol | 2-OCA | NaCl | MCPA | BaSO 4 | 용해율 (%) | |||
| 0.40 | 0.20 | 0.01 | 0.40 | 0.30 | 0.24 | 0.31 | 0.13 | 0.216 | 0.160 | 0.056 | 26 |
상기 표 4의 결과에서 M3는 SBF용액 침지 전 복합재료의 무게를 나타낸 것이고, M4는 SBF용액 침지 후 복합재료의 무게를 나타낸 것이며 M3-M4는 SBF용액에 침지하였을 전 후, 재료의 변화된 무게의 의미를 나타내며, 용해율은 치과용 골이식재의 화학적 특성 평가 중 용해도 시험을 참고한 방법으로 산출한 것이며, 체내 삽입 시 빠르게 다공성의 재료로 구성되는 것을 의미를 갖는 것으로 설명될 수 있다.
8) 표면관찰은 USB 현미경(이시웍스, K89)으로 1000배의 배율로 관찰하였으며 그 결과는 도 4와 같은바, 이는 SBF용액에 침지 후, 복합재료는 다공성의 재료를 구성하는 것에 대한 의미를 갖는 것으로 설명될 수 있다.
본원의 도 1은 본원의 기술사상이 적용되어 2-페이스트 시스템을 이용한 골대체용 합성골의 압축강도실험 결과데이터를 나타낸 것이고, 도 2는 block형태의 재료를 만능시험기를 이용하여 압축강도를 측정하였을 때의 시편의 모습을 촬영한 사진도이고, 도 3은 SBF용액 침지 시험 후, 주 별 재료의 압축강도를 나타낸 그래프이고, 도 4는 용해도 시험 전 후, USB 현미경 표면관찰사진도를 나타낸 것으로, 별도의 부호설명이 필요없다 할 것이다.
Claims (5)
- 다음 단계들을 포함하는 골대체용 복합재료의 제조방법:
A) 골전도성 무기물질(osteoconductive inorganic materials)인 β-트리칼슘포스페이트(β-TCP) 40±10중량부와 다당류나 단당류로 제공되는 액상의 생체적합성 물질 40±10중량부와 칼슘설페이트 반수화물 20±5중량부가 혼합되어 제1 페이스트 100중량부를 얻는 제1단계;
B) 액상의 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate)40±10중량부와 고상의 충전재로 모노칼슘포스페이트 30±10중량부, 소듐클로라이드 20±5중량부, 바륨설페이트 10±5중량부를 혼합하여 수분 환경에서의 중합반응을 촉진하기 위한 제2 페이스트 100중량부를 얻는 제1단계;
C) 상기 제1 페이스트와 제 2 페이스트가 50±10 : 50±10 중량비율로 혼합되어 골대체용 복합재료를 얻는 제3단계;
공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 골대체용 복합재료의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 제1 단계 공정에서 페이스트의 항균성을 확보하기 위해 광범위 항생제이 1±0.5중량부 비율로 추가되어 구성하는 것을 특징으로 하는 골대체용 복합재료의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 제1 단계에 사용되는 골전도성 무기물질(osteoconductive inorganic materials)이 β-트리칼슘포스페이트(β-TCP) 이외에 하이드록시아파타이트(HA), β-트리칼슘포스페이트와 하이드록시 아파타이트가 더해진 BCP, 이종골, 동종골, 자가골 중에서 선택되는 뼈 재료로 대체되어 적용되는 것을 특징으로 하는 골대체용 복합재료의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1, 2 페이스트 내 불투과성도를 조절하기 위해 지르코늄옥사이드(Zrconium oxide), 비스무트 옥사이드(Bismuth Oxide) 중에서 선택되는 조영제 성분을 1±0.5중량부 비율로 추가시켜 적용되는 것을 특징으로 하는 골대체용 복합재료의 제조방법. - 제1항 내지 제4항의 제조방법에 의해 만들어져 생체 활성적 성질을 유지하면서 신생골 전도 능력이 빠르고 높은 강도를 확보하도록 제공되는 골대체용 합성골.
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