KR20190112991A - 골 충진재 제조장치 및 이를 이용한 골 충진재의 제조방법 - Google Patents

골 충진재 제조장치 및 이를 이용한 골 충진재의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 유동층 반응을 통해 플라즈마 코팅된 골 충진재를 제조하기 위한 제조장치와 이를 이용해 골 충진재를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 골 충진재 제조장치는 플라즈마 가스 생성부와, 상기 플라즈마 가스 생성부에서 생성된 플라즈마 가스가 유입되고, 내부에 베이스원료가 투입되어 상기 플라즈마 가스에 의해 플라즈마 코팅될 수 있는 플라즈마 유동층 반응기를 구비하되, 상기 플라즈마 유동층 반응기는 하부에 상기 플라즈마 가스가 유입되는 가스유입부가 형성되어 있고, 내부에는 상기 플라즈마 가스가 상방으로 이동하면서 유속이 빨라지도록 토출구의 직경이 점점 좁아지는 토출가이드가 형성되어 있으며, 상기 토출가이드의 상부에는 상기 베이스원료가 통과할 수 없는 크기의 통기홀들이 형성된 메쉬부가 형성되고, 상기 플라즈마 가스는 상기 메쉬부를 통과하여 상기 베이스원료를 상기 메쉬부로부터 소정간격 이격되도록 부양시킨 상태로 상기 플라즈마 유동층 반응기를 통과하면서 상기 베이스원료를 코팅하도록 형성된다.

Description

골 충진재 제조장치 및 이를 이용한 골 충진재의 제조방법 {Manufacturing apparatus for bone grafting material and manufacturing method using that}
본 발명은 골 충진재 제조장치 및 이를 이용한 골 충진재의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 유동층 반응을 통해 플라즈마 코팅된 골 충진재를 제조하기 위한 제조장치와 이를 이용해 골 충진재를 제조하는 방법에 관한 것이다.
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.
일반적으로 외상, 종양, 기형 혹은 생리학적 현상 등에 의해 뼈조직이 손상된 경우, 그 부위에 골을 채워서 신생골을 생성한다. 이 때, 골 결손부의 회복을 위한 가장 보편적인 방법은 다른 부위의 자신의 골을 일부 채취하여 이식하는 자가골 이식방법, 다른 사람의 뼈를 화학 처리하여 이식하는 동종골 이식방법, 동물의 뼈를 화학 처리하여 이식하는 이종골 이식방법 등이 있다.
일반적으로 가장 좋은 이식 방법인 자가골 이식방법은 이식을 수행하기 위한 자가골 채취를 위해 이차적인 수술이 필요하고, 필요한 만큼의 양을 얻기가 힘들며, 일반 개인의원에서 시행하기가 어렵다는 단점이 있다. 동종골 이식방법은 면역학적 거부 반응이 일어날 수 있다는 위험성이 있으며, 확률은 낮지만 AIDS나 간염과 같은 바이러스를 환자 내로 도입할 수 있는 위험이 있다.
이종골 이식 방법 역시 면역 반응의 문제점과 광우병 등의 문제가 발생할 경우 사용에 문제가 발생하게 되는 단점이 있다. 이에 충분한 양의 골을 쉽게 얻을 수 있으며, 질병에 대한 전염 가능성이 없고, 기존 이식재를 대체할 만한 성능을 갖는 생체 친화성이 우수하고 이식시 적절히 흡수되어 재생골로 치환될 수 있는 생분해성 골이식재에 대한 요구는 날로 증가하고 있다.
대표적인 인공골 물질로 수산화아파타이트(Hydroxyapatite, HA), 삼인산칼슘(Tricalcium phosphate, TCP) 등의 인산칼슘계 화합물, 바이오글래스(Bioglass), 칼슘 카보네이트(calcium carbonate) 등이 있다.
상기의 인공골 물질 가운데, 인산칼슘계 화합물인 수산화아파타이트와 삼인산칼슘(TCP)은 대표적인 생체재료로서 인공골의 원료로 각광받는 재료이다. 수산화아파타이트는 실제 뼈를 구성하는 무기성분과 결정학적, 화학적으로 유사하고 뼈와 직접 결합하는 특성이 있으나, 생체 내 낮은 용해성으로 인하여 계면에서 결합한 뼈가 더이상 안으로 자라 들어가지 못해 완전히 뼈로 치환되지 못하고 끝까지 남아있는 단점이 있다.
삼인산칼슘은 뼈와 직접 결합한다는 특성은 수산화아파타이트와 비슷하지만 생체 내에서 점점 용해되어 결국 없어지는 특성을 지니고 있다. 삼인산칼슘은 수산화아파타이트와 같이 인공골 재료, 상세하게는 골수복재(골의 결손 부위를 채워주는 골이식재; Bone filler)로 주로 이용된다
최근에는 골수복재의 생체 흡수속도 조절을 위해 수산화아파타이트/삼인산칼슘을 복합화하기도 하는데, 골수복재용 삼인산칼슘은 치밀한 벌크 형태로 이용하기도 하고, 열린 기공으로 연결된 다공성 구조나 과립의 형태로 이용하고 있다. 과립형 외 치밀한 벌크(Bulk) 형태나 다공성 구조의 삼인산칼슘을 인공골로 이용하기 위해서는 충분한 강도를 유지해야하므로 높은 상대밀도를 갖도록 소결시켜야 한다.
더불어 생체 흡수성이 뛰어난 삼인산칼슘의 β상을 생체재료로 응용하기 위해서는 고밀도의 소결체를 얻는 것이 필수적이며, 이를 해결하기 위해 여러 소결방법이 시도되고 있다.
β-삼인산칼슘을 이용한 종래기술을 살펴보면, 대한민국 등록특허 제 10-0026686호에는 다공성의 뼈 부착부를 지닌 기재 및 피복 물질을 준비하고, 열에너지가 인가되는 동안 피복물질을 뼈 부착부의 일부 또는 전체에 피복하는 단계로 구성되는 신체삽입용 보철부품의 제조방법이 기재되어 있다.
이 방법은 피복물질로서 수산화아파타이트 및 β-삼인산칼슘을 사용하며, 피복시 1350℃ 이상의 온도로 가열시키며, 가열에 의해 피복물질을 흡수성의 α-삼인산칼슘으로 변환시켜 신체삽입용 보철부품을 제조하는 방법이다.
또한 대한민국 등록특허 제10-0095872호에는 고강도이며, 생체 안정성이 높은 재료로 이루어지는 입자의 표면에 생체 친화성이 높은 재료를 피복고정한 복합화 입자로 이루어지는 층을, 기공(氣孔)을 개재시키면서 고강도이며 생체 안정성이 높은 재료의 표면에 용착시키는 것을 특징으로 하는 의용재료 및 그 제조방법이 기재되어 있다.
여기에서 고강도이며 생체안정성이 높은 재료는 금속, 세라믹스 등이 될 수 있으며, 생체 친화성이 높은 재료는 수산화아파타이트, 삼인산칼슘 또는 바이오유리 등이 될 수 있다.
상기 선행기술들과 같이 현재 동종골 위주의 이식재 시장에서 보다 다양성을 추구하기 위한 여러가지 시도들이 진행되고 있는데, 아직까지는 골의 무기결정과 비슷한 물리적, 화학적 성질이 비슷한 인공 합성물은 소개되지 않고 있는 실정이며, 수산화인회석(HA)이나 삼인산칼슘(TCP) 등은 이식 후 이식재료의 흡수라는 측면에서는 만족할만한 효과를 보여주지 못하고 있다.
한국 등록특허 제10-1427305호 : 골 이식재 및 그의 제조방법
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 플라즈마 유동층 반응기를 통해 플라즈마 코팅을 실시함으로써 기계적 강도, 생체 분해성,생체 친화성 및 생체흡수율이 우수한 골 충진재를 제조할 수 있는 골 충진재 제조장치 및 이를 이용한 골 충진재의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 골 충진재 제조장치는 플라즈마 가스 생성부와, 상기 플라즈마 가스 생성부에서 생성된 플라즈마 가스가 유입되고, 내부에 베이스원료가 투입되어 상기 플라즈마 가스에 의해 플라즈마 코팅될 수 있는 플라즈마 유동층 반응기를 구비하되, 상기 플라즈마 유동층 반응기는 하부에 상기 플라즈마 가스가 유입되는 가스유입부가 형성되어 있고, 내부에는 상기 플라즈마 가스가 상방으로 이동하면서 유속이 빨라지도록 토출구의 직경이 점점 좁아지는 토출가이드가 형성되어 있으며, 상기 토출가이드의 상부에는 상기 베이스원료가 통과할 수 없는 크기의 통기홀들이 형성된 메쉬부가 형성되고, 상기 플라즈마 가스는 상기 메쉬부를 통과하여 상기 베이스원료를 상기 메쉬부로부터 소정간격 이격되도록 부양시킨 상태로 상기 플라즈마 유동층 반응기를 통과하면서 상기 베이스원료를 코팅하도록 형성된다.
상기 플라즈마 가스 생성부는 가스용기와, 상기 가스용기로부터 가스가 유입될 수 있게 연결되어 있으며, 내부에 소정의 방전공간이 형성되어 있는 방전챔버와, 상기 방전챔버에 설치되어 상기 방전챔버의 내부로 유입된 가스가 플라즈마 가스가 되도록 방전시키는 방전전극과, 상기 방전챔버에서 생성된 플라즈마 가스를 상기 플라즈마 유동층 반응기 측으로 공급하도록 펌핑하는 공급펌프를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 유동층 반응기의 내부에 형성되어 상기 플라즈마 가스의 이동 속도 또는 유량을 측정하는 측정센서를 포함하며, 상기 플라즈마 가스가 10L/min 내지 15L/min의 속도로 상기 메쉬부를 통과하도록 상기 플라즈마 가스의 공급량을 제어하는 제어부를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 골 충진재 제조장치를 이용한 골 충진재의 제조방법은 골 충진재의 제조를 위한 베이스원료를 준비하는 단계와, 상기 베이스원료를 상기 플라즈마 유동층 반응기의 내부로 투입하는 단계와, 상기 플라즈마 유동층 반응기로 플라즈마 가스를 공급하여 상기 베이스원료의 표면에 플라즈마 코팅을 실시하는 단계를 포함한다.
상기 베이스원료는 수산화인회석(Hydroxyapatite:HA), 베타 삼인산칼슘(β-Tricalcium phosphate:β-TCP) 중 어느 하나이거나 혼합된 것이고, 상기 베이스원료에 상기 플라즈마 코팅을 실시함으로써 표면에 아민기(-NH2)가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 베이스원료의 표면에 플라즈마 코팅을 실시하는 단계에서는 상기 플라즈마 가스가 상기 베이스원료를 통과하는 통과속도가 10L/min 내지 15L/min의 속도가 되도록 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 골 충진재 제조장치 및 이를 이용한 골 충진재 제조방법에 의해 제조된 골 충진재는 플라즈마 코팅 처리되며, 플라즈마 유동층 반응기에 의해 코팅이 이루어지기 때문에 충진재 원료의 표면 전체에 균일한 코팅이 이루어질 수 있어, 골 형성이 필요한 부분에서 생체접합성이 우수한 골 충진재를 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 골 충진재 제조장치의 일 실시예의 개념도,
도 2는 본 발명에 다른 공 충진재 제조장치를 이용한 골 충진재 제조방법을 도시한 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 골 충진재 제조장치 및 이를 이용한 골 충진재의 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 골 충진재 제조장치(10)는 도 1에 도시되어 있는 것처럼 플라즈마 가스 생성부(100)와, 베이스원료(20)가 투입되어 플라즈마 가스에 의해 코팅이 이루어지는 플라즈마 유동층 반응기(200)를 포함한다.
상기 플라즈마 가스 생성부(100)는 가스용기(140)와, 플라즈마 가스의 생성이 이루어지는 방전챔버(110)와, 가스를 펌핑하기 위한 공급펌프(150)와, 방전챔버(110)로부터 배출되는 가스의 배출량을 조절하기 위한 유량제어부(160)를 포함한다.
상기 플라즈마 가스 생성부(100)에서는 플라즈마 가스를 생성하게 되는데, 플라즈마 가스는 고온에서 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 기체상태로 전하 분리도가 상당히 높으면서도 전체적으로는 음과 양의 전하 수가 같아서 중성을 띠는 기체이다.
물체는 온도를 차차 높여가면 거의 모든 물체가 고체로부터 액체 그리고 기체 상태로 변화하고 수만℃ 온도에서 기체는 전자와 원자핵으로 분리되어 플라스마 상태가 된다 플라스마를 이루는 각 개체가 전기를 띠고 있어서 중성 기체와는 성격이 판이하고 전기 전도도가 크고 금속 전도체와 같이 전류가 표면에만 국한되어 흐른다. 따라서 내부에는 전류가 거의 흐르지 않으며 밖에서 전기장과 자기장을 가하면 전하로서 힘을 직접 받아서 쉽게 영향을 받지만 전하 밀도가 커짐에 따라 개개의 운동과는 다른 집단운동을 한다.
이러한 플라즈마 가스에 의해 후술하는 골 충진재의 베이스원료(20)를 코팅하게 되면, 생체 접합성이 향상된다.
상기 가스용기(140)는 플라즈마 가스를 생성하기 위한 가스가 저장되어 있는 용기로서, 본 실시예의 경우 일측에는 아르곤(Ar) 가스, 타측 용기에는 아릴아민(Allyamine)이 충진되어 있다.
본 실시예에서는 상기 일측의 가스 용기에 아르곤이 충진되지만 이 외에 다른 종류의 불활성 기체가 충진되어 있을 수 있으며, 타측 가스용기(140)에도 아릴아민 외에 다른 플라즈마 중합용 단량체가 충진될 수 있다.
상기 방전챔버(110)는 상기 가스용기(140)에서 공급된 가스를 방전하여 플라즈마 가스가 생성되는 방전공간을 제공하는 것이며, 일측에 방전전극(120)이 마련되어 있고, 상기 방전전극(120)은 제너레이터(130)에 연결되어 가스가 방전챔버(110) 내부로 유입되면 방전시킨다.
상기 공급펌프(150)는 가스용기(140)로부터 방전챔버(110)로 가스를 공급하는 것이며, 방전챔버(110)에서 방전된 플라즈마 가스는 방전챔버(110)의 압력이 후술하는 플라즈마 유동층 반응기(200)의 내부 압력보다 상대적으로 높기 때문에 방전챔버(110)로부터 플라즈마 유동층 반응기(200) 측으로 이동이 이루어지게 된다.
본 실시예의 경우 상기 공급펌프(150)가 가스용기(140)와 방전챔버(110)의 사이에 설치되어 있으나, 공급펌프(150)가 방전챔버(110)와 플라즈마 유동층 반응기(200)와의 사이에 형성될 수도 있다.
상기 유량제어부(160)는 방전챔버(110)로부터 플라즈마 유동층 반응기(200)로 공급되는 플라즈마 가스의 유량을 제어하는 것으로 후술하는 제어부에 의해 컨트롤되며, 플라즈마 가스의 유량 제어를 통해 베이스원료(20)를 코팅하기 위해 통과하는 플라즈마 가스의 속도를 조절한다.
상기 플라즈마 유동층 반응기(200)는 상하로 소정길이 연장되어 있는 중공체로서, 하단에 상기 반응챔버에서 생성된 플라즈마 가스가 유입되는 가스유입부(210)가 형성되어 있다.
상기 가스유입부(210)의 상측에 토출가이드(220)부가 형성되어 있으며, 상기 토출가이드(220)부의 상부에 메쉬부(230)가 형성되어 있다.
상기 토출가이드(220)부는 하부에서 상부로 연장될수록 직경이 점점 좁아지도록 형성되어 플라즈마 가스가 토출되는 토출구의 면적을 축소시킴으로써 플라즈마 가스의 이동속도를 상승시킨다.
상기 메쉬부(230)는 플라즈마 코팅이 이루어지는 동안 베이스원료(20)를 지지하기 위한 것이며, 베이스원료(20)는 통과할 수 없고 플라즈마 가스만 통과할 수 있는 크기의 통기홀들이 형성되어 있다.
플라즈마 유동층 반응기(200)의 내부에는 내부로 유입되는 플라즈마 가스의 유량을 측정하는 유량계(240)가 마련되어 있으며, 상기 유량계(240)를 통해 플라즈마 가스의 유입량 및 이동속도를 산출할 수 있다.
물론 상기 플라즈마 가스의 이동 속도를 직접 측정하기 위한 속도센서가 마련될 수도 있으며, 이러한 센서의 측정정보에 의해 제어부(미도시)가 공급펌프(150)와 유량제어부(160)의 구동을 제어하면서 플라즈마 유동층 반응기(200) 내부에서 이동하는 플라즈마 가스의 이동속도를 제어한다.
플라즈마 가스의 이동속도는 10L/min 내지 15L/min 이 되도록 제어하는 것이 바람직한데, 유속이 너무 느리면 베이스원료(20)가 메쉬부(230)로부터 소정거리 이격되도록 비상하지 못하며, 유속이 너무 빠르면 베이스원료(20)가 배기구를 통해 플라즈마 유동층 반응기(200)의 외부로 배출될 수 있기 때문에 유속을 유지하는 것이 중요하다.
상기 베이스원료(20)는 메쉬부(230)의 상부에 안착되어 있다가 플라즈마 가스가 공급되면 플라즈마 가스에 의해 소정높이 상부로 비상하게 되며, 유동층 상태로 플라즈마 가스에 의한 코팅이 이루어지면서 표면에 아민기(-NH2)를 갖는 중합코팅막이 형성된다. 이렇게 형성된 중합코팅막에 의해 생체접합성이 우수한 골 충진재가 되도록 표면개질이 이루어진다.
상기 베이스원료(20)는 수산화인회석(Hydroxyapatite:HA), 베타 삼인산칼슘(β-Tricalcium phosphate:β-TCP)을 통해 형성한 것이다.
베이스원료(20)의 생성을 위해 먼저 HA와 β-TCP를 알긴산 수용액에 혼합하여 혼탁액을 형성한다. 이때, 상기 혼탁액은 HA와 β-TCP가 질량기준으로 1:1 비율로 알긴산 수용액에 혼합하여 형성하며, 슬러리 형태를 이룬다. 상기 HA와 β-TCP의 혼합비는 필요에 따라 다르게 설정될 수 있고, 둘 중 하나의 재료만 이용될 수도 있다.
이어서, 상기 슬러리 형태의 혼탁액을 주사기 펌퍼를 사용하여 염화칼슘수용액(CaCl2)에 떨어뜨려주며, 베이스원료(20)가 되는 비드(beads)를 형성(S120)한다. 이때, 형성되는 비드는 크기가 대략 200㎛ 내지 500㎛ 정도의 직경을 갖는 구형인 것이 바람직하다.
이렇게 형성된 비드(beads)를 증류수에 두 번 내지 세 번 세척한 후, -20℃ 이하의 온도에서 동결 건조한다.
그 후에, 동결 건조된 비드(beads)를 소결하는데, 상기 비드를 소결하는 것은 시간당 약 100℃씩 상승시켜 12시간 이상 열처리를 실시하며, 소결에 적정한 최종 온도는 1100℃ 내지 1300℃의 범위이다.
이와 같은 과정을 거쳐 생성된 베이스원료(20)를 상기 플라즈마 유동층 반응기(200)에 투입하여 플라즈마 코팅을 실시한다.
본 발명의 골 충진재 제조장치(10) 및 이를 이용한 골 충진재 제조방법에 의해 제조된 골 충진재는 플라즈마 코팅 처리되며, 플라즈마 유동층 반응기(200)에 의해 코팅이 이루어지기 때문에 충진재 원료의 표면 전체에 균일하게 아민기(-NH2)를 갖는 중합코팅막이 형성되기 때문에 골 형성이 필요한 부분에서 생체접합성이 우수한 골 충진재를 제공할 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
10: 골 충진재 제조장치
20: 베이스원료
100: 플라즈마 가스 생성부
110: 방전챔버
120: 방전전극
130: 제너레이터
140: 가스용기
150: 공급펌프
160: 유량제어부
200: 플라즈마 유동층 반응기
210: 가스유입부
220: 토출가이드
230: 메쉬부
240: 유량계

Claims (6)

  1. 플라즈마 가스 생성부와;
    상기 플라즈마 가스 생성부에서 생성된 플라즈마 가스가 유입되고, 내부에 베이스원료가 투입되어 상기 플라즈마 가스에 의해 플라즈마 코팅될 수 있는 플라즈마 유동층 반응기;를 구비하되,
    상기 플라즈마 유동층 반응기는 하부에 상기 플라즈마 가스가 유입되는 가스유입부가 형성되어 있고, 내부에는 상기 플라즈마 가스가 상방으로 이동하면서 유속이 빨라지도록 토출구의 직경이 점점 좁아지는 토출가이드가 형성되어 있으며,
    상기 토출가이드의 상부에는 상기 베이스원료가 통과할 수 없는 크기의 통기홀들이 형성된 메쉬부가 형성되며,
    상기 플라즈마 가스는 상기 메쉬부를 통과하여 상기 베이스원료를 상기 메쉬부로부터 소정간격 이격되도록 부양시킨 상태로 상기 플라즈마 유동층 반응기를 통과하면서 상기 베이스원료를 코팅하도록 형성된 것을 특징으로 하는
    골 충진재 제조장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 가스 생성부는 가스용기와,
    상기 가스용기로부터 가스가 유입될 수 있게 연결되어 있으며, 내부에 소정의 방전공간이 형성되어 있는 방전챔버와,
    상기 방전챔버에 설치되어 상기 방전챔버의 내부로 유입된 가스가 플라즈마 가스가 되도록 방전시키는 방전전극과,
    상기 방전챔버에서 생성된 플라즈마 가스를 상기 플라즈마 유동층 반응기 측으로 공급하도록 펌핑하는 공급펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는
    골 충진재 제조장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 플라즈마 유동층 반응기의 내부에 형성되어 상기 플라즈마 가스의 이동 속도 또는 유량을 측정하는 측정센서를 포함하며,
    상기 플라즈마 가스가 10L/min 내지 15L/min 속도로 상기 메쉬부를 통과하도록 상기 플라즈마 가스의 공급량을 제어하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    골 충진재 제조장치.
  4. 골 충진재의 제조를 위한 베이스원료를 준비하는 단계와;
    상기 베이스원료를 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 플라즈마 유동층 반응기의 내부로 투입하는 단계와;
    상기 플라즈마 유동층 반응기로 플라즈마 가스를 공급하여 상기 베이스원료의 표면에 플라즈마 코팅을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    골 충진재 제조장치를 이용한 골 충진재의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 베이스원료는 수산화인회석(Hydroxyapatite:HA), 베타 삼인산칼슘(β-Tricalcium phosphate:β-TCP) 중 어느 하나이거나 혼합된 것이고,
    상기 베이스원료에 상기 플라즈마 코팅을 실시함으로써 표면에 아민기(-NH2)가 형성되는 것을 특징으로 하는
    골 충진재 제조장치를 이용한 골 충진재의 제조방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 베이스원료의 표면에 플라즈마 코팅을 실시하는 단계에서는 상기 플라즈마 가스가 상기 베이스원료를 통과하는 통과유속이 10L/min 내지 15L/min의 유속이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는
    골 충진재 제조장치를 이용한 골 충진재의 제조방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR20220117575A (ko) 2021-02-17 2022-08-24 동의대학교 산학협력단 생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물 및 이의 제조방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR900005172B1 (ko) * 1986-06-20 1990-07-20 닙뽄 페인트 가부시기가이샤 저온 플라즈마를 이용한 분말처리 방법 및 장치
KR20100118878A (ko) * 2009-04-29 2010-11-08 조선대학교산학협력단 골 재생이 우수한 임플란트 코팅막 형성방법
KR20130130973A (ko) * 2012-05-23 2013-12-03 한국에너지기술연구원 유속변화가 가능한 유동층 반응기
KR101427305B1 (ko) 2013-03-26 2014-08-06 조선대학교산학협력단 골 이식재 및 그의 제조방법
US20160199876A1 (en) * 2013-09-06 2016-07-14 Continental Structural Plastics, Inc. Plasma treatment of thermoset filler particulate

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR900005172B1 (ko) * 1986-06-20 1990-07-20 닙뽄 페인트 가부시기가이샤 저온 플라즈마를 이용한 분말처리 방법 및 장치
KR20100118878A (ko) * 2009-04-29 2010-11-08 조선대학교산학협력단 골 재생이 우수한 임플란트 코팅막 형성방법
KR20130130973A (ko) * 2012-05-23 2013-12-03 한국에너지기술연구원 유속변화가 가능한 유동층 반응기
KR101427305B1 (ko) 2013-03-26 2014-08-06 조선대학교산학협력단 골 이식재 및 그의 제조방법
US20160199876A1 (en) * 2013-09-06 2016-07-14 Continental Structural Plastics, Inc. Plasma treatment of thermoset filler particulate

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220117572A (ko) 2021-02-17 2022-08-24 동의대학교 산학협력단 생선뼈 유래의 합성 골 이식재 및 그 제조방법
KR20220117575A (ko) 2021-02-17 2022-08-24 동의대학교 산학협력단 생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물 및 이의 제조방법

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