KR20220101756A - 리튬 디실리케이트 유리-세라믹 조성물 및 이의 제조 방법 - Google Patents

리튬 디실리케이트 유리-세라믹 조성물 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

개시된 것은 본원에 정의된 바와 같은 생리활성 유리-세라믹 조성물이다. 또한 개시된 것은 상기 개시된 조성물의 제조 및 사용 방법이다.

Description

리튬 디실리케이트 유리-세라믹 조성물 및 이의 제조 방법 {lithium disilicate Glass-ceramic compositions and methods thereof}
본 출원은 내용이 본원에 의존되고 전체로서 본원에 참조로서 포함된, 2016년 5월 27일 출원된 미국 가출원 번호 제 62/342,381 호의 35 U.S.C. § 119 하의 우선권의 이익을 주장한다.
관련 출원에 대한 상호-참조
본 출원은 이와 동시에 출원된, 공통적으로 소유되고 할당된 USSN 가출원 번호:
"BIOACTIVE ALUMINOBORATE GLASSES"로 명명된 62/342,384호;
"MAGNETIZABLE GLASS CERAMIC COMPOSITION AND METHODS THEREOF"로 명명된, 62/342,377호;
"BIODEGRADABLE MICROBEADS"로 명명된, 62/342,391호;
"BIOACTIVE GLASS MICROSPHERES"로 명명된, 62/342,411호; 및
"BIOACTIVE BOROPHOSPHATE GLASSES"로 명명된 62/342,426호와 관련되나, 이들에 대한 우선권을 주장하지 않는다.
본 출원은 또한 공통적으로 소유되고 할당된, "ANTIMICROBIAL PHASE-SEPARATING GLASS AND GLASS CERAMIC ARTICLES AND LAMINATES"로 명명되며 2015년 7월 7일 출원된, 구리 이온을 유리시키는(liberate) 분해 가능한 상 및 비-분해 가능한 상을 갖는 구리 함유 적층체를 언급하는 USSN 가출원 번호 제 62/189,880 호; 및 2013년 9월 6일 출원된, "High strength glass-ceramics having lithium disilicate and beta-spodumene structures"로 명명된 USSN 가출원 번호 제 61/874870 호와 관련되나, 이들에 대한 우선권을 주장하지 않는다.
본원에 언급된 각 출판물 또는 특허 문헌의 전체 개시는 참조로서 포함된다.
본 개시는 유리-세라믹 조성물, 생리활성(bioactive) 유리-세라믹 조성물 및 상기 유리-세라믹 조성물로부터 만들어진 제품에 관한 것이며, 상기 생리활성 유리-세라믹 조성물 및 제품의 제조 및 사용 방법에 관한 것이다.
구체예에서, 본 개시는 각각 제1 주 결정상으로서 리튬 디실리케이트 및 제2 결정상으로서 규회석(wollastonite), 플루오로애퍼타이트(fluoroapatite), 크리스토발라이트, β-석영, 리티오포스페이트(lithiophosphate), 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 갖는 유리-세라믹 조성물의 일 군을 제공한다.
구체예에서, 개시된 조성물은 예를 들어, 상기 조성물 총 100 wt%을 기준으로 50 내지 75 wt% SiO2, 1 내지 5 wt% Al2O3, 1 내지 8 wt% P2O5, 2 내지 10 wt% CaO, 5 내지 20 wt% Li2O, 0.5 내지 5 wt% Na2O, 0.5 내지 8 wt% ZrO2, 및 0.1 내지 1.0 wt% F-(즉, 플루오르화 이온)의 소스(source)를 포함할 수 있다.
구체예에서, 개시된 조성물은, 예를 들어, 상기 조성물 총 100 wt%을 기준으로 0.1 내지 10 wt% B2O3을 더욱 포함할 수 있다.
구체예에서, 본 개시는 고 강도(strength) 및 고 인성(toughness)의 조합을 갖는 유리-세라믹 조성물 또는 상기 조성물로부터 만들어진 유리-세라믹 제품을 제공한다.
구체예에서, 본 개시는 우수한 생체 적합성(biocompatibility)을 갖는 유리-세라믹 조성물을 제공한다.
구체예에서, 본 개시는 개시된 조성물의 제조 및 사용 방법을 제공한다.
본 개시의 구체예에서:
도 1은 실시예 조성물 7 내지 10의 X-레이 회절 스펙트럼을 도시한다. 모든 시편은 2시간 동안 700 ℃에서 및 그 후 4시간 동안 800 ℃에서의 사이클(cycle)을 사용하여 세라믹화되었다(cerammed).
도 2a 내지 2d는 각각 도 2a, 2b, 2c 및 2d에 대응하는 실시예 조성물 7 내지 10에서의 폴리싱된(polished) 표면의 SEM 이미지를 도시한다.
도 3a 내지 3d는 각각 도 3a, 3b, 3c 및 3d에 대응하는 개시된 조성물 7 내지 10에서의 MC3T3 세포 성장의 공초점(confocal) SEM 이미지를 도시한다.
도 4a 및 4b는 개시된 생리 활성 유리-세라믹 디스크 상의 MC3T3 세포의 Day 1 부착(attachment) 및 증식(proliferation): 절대 수준(절대 세포 수; 4A) 및 생체 외(in vitro) 제어와 관련된 상대 수준: Tissue Culture Treated® (TCT) 웰(상대 세포 수; 4B)를 도시한다.
도 5a 및 5b는 개시된 조성물 7 내지 10에 대한 세포 증식 결과를 도시한다.
본 개시의 다양한 구체예는, 존재한다면, 도면을 참조하여 상세하게 기술될 것이다. 다양한 구체예에 대한 참조는 이에 첨부된 청구항의 범위에 의하여만 제한되는 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 또한, 본 명세서에 기재된 임의의 실시예는 제한적이지 않으며 청구된 발명의 많은 가능한 구체예 중 일부를 단지 설명한다.
구체예에서, 개시된 제조 및 사용 방법은 예를 들어 이하에서 논의되는 것을 포함하여 일 이상의 유리한 특징 또는 관점을 제공한다. 청구항 중 어느 하나에 언급된 특징 또는 관점은 일반적으로 본 발명의 모든 측면(facet)에 적용 가능하다. 임의의 일 청구항에서 언급된 단일 또는 다수의 특징 또는 관점은 임의의 다른 청구항 또는 청구항들에서 언급된 다른 특징 또는 관점으로 조합되거나 치환될 수 있다.
정의(Definition)
"유리". "유리들" 또는 유사한 용어는 유리 또는 유리-세라믹을 의미할 수 있다.
"유리 제품" 또는 유사한 용어는 전체 또는 부분적으로 임의의 개시된 유리 또는 유리-세라믹 조성물로 만들어진 임의의 물체를 의미할 수 있다.
"생리 활성 지수", "생리 활성의 지수", "IB" 또는 유사한 용어 또는 기호는 예를 들어 특정 생리 활성 물질의 계면의 50% 초과가 뼈, 조직, 및 유사한 물질과 같은 생물학적 물질에 의해 결합되는 시간을 의미한다. 수학적으로, 생리 활성 지수(Hench에 따름; Cao, W. 등 저술, Bioactive Materials, Ceramics International, 22 (1996) 493-507 참조)는, IB = 100/t0.5bb이고, 여기서 t0.5bb는 임플란트(implant)와 같은 생리 활성 물질의 계면의 50% 초과가 뼈, 조직 및 골생성(osteoproductive)(세포 내 및 세포 외 반응을 모두 갖는 Class A, 예를 들어, 45S5 Bioglass®) 및 골전도(osteoconductive)(계면에서만 세포 외 반응을 갖는 Class B, 예를 들어, 합성 히드록시애퍼타이트(hydroxyapatite)) 물질을 포함하는 유사한 물질과 같은 생물학적 물질에 의해 결합되는 시간이다.
"포함하다(include, includes)" 또는 유사한 용어는 포함(encompass)하나 제한되지는 않음, 즉, 포괄적이며 배타적이지 않음을 의미한다.
예를 들어, 본 개시의 구체예의 기술에 사용되는 조성, 농도, 부피, 공정 온도, 공정 시간, 수율, 유속, 압력, 점도 및 이들의 값 및 이들의 범위 또는 성분 및 유사한 값 및 이들의 범위의 치수를 조정(modify)하는 "약(about)"은, 예를 들어: 물질, 조성물, 복합체, 농축물, 성분 부분, 제조된 제품의 제조 또는 사용 정형화(formulation)에 사용되는 전형적인 측정 및 핸들링(handling) 절차를 통해; 이러한 절차에서 부주의로 인한 오차를 통해; 상기 방법을 수행하는데 사용되는 출발 물질 또는 구성 요소의 제조, 공급, 또는 순도의 차이 및 유사한 고려 사항을 통해 발생할 수 있는 정량적 수치의 변화를 의미한다. 용어 "약"은 또한 특정한 초기 농도 또는 혼합물을 갖는 조성물 또는 정형화의 에이징(aging)으로 인해 상이한 양 및 특정 초기 농도 또는 혼합물을 갖는 조성물 또는 정형화를 혼합 또는 처리함으로 인해 상이한 양을 포함한다.
"선택적인" 또는 "선택적으로"는 후속하여 기술되는 사건 또는 상황이 발생할 수 있거나 또는 발생할 수 없음 및 그 기술(description)이 사건 또는 상황이 발생하는 경우 및 발생하지 않는 경우를 포함함을 의미한다.
부정관사 "하나의(a, an)" 및 이의 대응하는 정관사 "상기(the)"는 본원에서 사용되는 바와 같이, 달리 언급되지 않는 한 적어도 하나, 일 이상을 의미한다.
본 기술 분야의 통상의 기술자에게 잘 알려진 약어(abbreviation)가 사용될 수 있다(예를 들어, 시간에 대해 "h" 또는 "hrs", 그램(gram(s))에 대해 "g" 또는 "gm", 밀리미터에 대해 "mL", 실온에 대해 "rt", 나노미터에 대해 "nm", 및 유사한 약어).
구성 요소, 성분, 첨가제, 치수, 조건, 시간 및 유사한 관점 및 이들의 범위에 대해 개시된 특정한 및 바람직한 값은 단지 예시를 위한 것이며; 이는 다른 정의된 값 또는 정의된 범위 내의 다른 값을 배제하지 않는다. 본 개시의 조성물 및 방법은 명시적 또는 암시적인 중간 값 및 범위를 포함하는 본원에 기술된 값, 특정 값, 보다 구체적인 값 및 바람직한 값의 임의의 값 또는 임의의 조합을 포함할 수 있다.
고 강도 및 인성을 갖는 생리 활성 물질은 예를 들어, 뼈 및 치아의 재생을 위한 상당한 수요가 있다. 리튬 디실리케이트에 기초한 유리-세라믹은 이들의 무작위로-배향된(oriented) 인터로킹(interlocking) 결정의 미세구조로 인해 높은 몸체(body) 강도 및 파괴 인성을 포함하여 매우 바람직한 기계적 특성을 제공한다. 2 내지 3 MPa·m1/2의 파괴 인성 값을 갖는 유리-세라믹은 리튬 디실리케이트 조성물을 기초로 하는 유리-세라믹의 시스템 내에서 달성될 수 있다(공통적으로 소유되고 할당된 USSN 61/874870 참조). 리튬 디실리케이트 유리-세라믹은 단일 및 다중 치아 수복(dental restoration)의 제조에 널리 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 유리-세라믹은 이들의 비교적 낮은 생리 활성으로 인해 뼈 복구에 사용되지 않았다. 대조적으로, 애퍼타이트 및 규회석을 기초로 한 바이오세라믹은 높은 생리 활성을 나타내었으나, 예를 들어, 피질골(cortical bone)과 비교하여 충분한 기계적 강도를 갖지 못한다(Hench, L.L., Bioceramics, J Am Ceram Soc, 1998, 81: 1705-1728).
구체예에서, 본 개시는 리튬 디실리케이트 주(major) 상과 예를 들어, 애퍼타이트 또는 규회석의 부(minor) 상 또는 상들을 함유하는 상 집합(assemblage)을 갖는 유리-세라믹 조성물의 일 군을 제공한다. 이들 우수한 조성물은 높은 기계적 강도와 높은 생리 활성의 우수한 조합을 나타내며, 이는 이들을 경조직(hard tissue) 재생에 우수하도록 만든다.
"Process for producing a sintered lithium disilicate glass ceramic dental restoration and kit of parts"로 명명된 WO 2015200017('017)은 다공성(porous) 3-차원 제품으로부터 소결된(sintered) 리튬 디실리케이트 유리 세라믹 치아 수복을 제조하는 공정을 언급한다. 대조적으로, 본 개시된 조성물은 상이한 상 집합을 가지며, 예를 들어, 개시된 조성물은 리튬 디실리케이트 및 애퍼타이트를 갖는 반면, '017은 리튬 디실리케이트만을 가지며, 본 개시된 조성물은 생리 활성을 갖는 반면 '017 조성물은 그렇지 않다. 또한, 본 개시된 조성물은 애퍼타이트상을 제조하기 위해 CaO 및 F-를 갖는다.
US 20150087493은 높은 화학적 안정성에 의해 특징지어지며 치과 의학에서 수복 물질로 사용될 수 있는 리튬 디실리케이트 애퍼타이트 유리-세라믹을 언급한다. 그러나, 이들 물질은 모두 본 개시된 조성물에는 존재하지 않는 K2O를 포함한다.
US7166548은 적어도 하나의 유리상 및 적어도 하나의 애퍼타이트상을 함유하고 상기 애퍼타이트상 중 적어도 하나는 인산염이 없으며 불소가 없는 규질(siliceous) 옥시애퍼타이트상인 것으로 특징지어지는 애퍼타이트 유리 세라믹을 언급한다. 그러나, 이들 물질은 본 개시된 조성물에는 존재하는 인산염 및 불소를 배제한다.
구체예에서, 본 개시는 다음을 포함하는 유리-세라믹 조성물을 제공한다:
리튬 디실리케이트로 구성된 제1 결정상; 및
규회석, 플루오로애퍼타이트, 크리스토발라이트, β-석영, 리티오포스페이트, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나로 이루어지는 군으로부터 선택되는 제2 결정상.
구체예에서, 본 개시는 유리-세라믹 조성물을 제공하며 여기서 상기 제1 결정상 및 상기 제2 결정상은, 조합되어:
상기 조성물 총 100 wt%을 기준으로
50 내지 75 wt% SiO2,
1 내지 5 wt% Al2O3,
1 내지 8 wt% P2O5,
2 내지 10 wt% CaO,
5 내지 20 wt% Li2O,
0.5 내지 5 wt% Na2O,
0.5 내지 8 wt% ZrO2, 및
0.1 내지 1.0 wt% F-, 즉 불소 이온의 소스를 포함한다.
구체예에서, 상기 유리-세라믹 조성물은 상기 조성물 총 100 wt%을 기준으로 0.1 내지 10 wt% B2O3의 소스를 더욱 포함할 수 있다.
구체예에서, 상기 제1 결정상 및 상기 제2 결정상은, 조합되어:
상기 조성물 총 100 wt%을 기준으로
50 내지 60 wt% SiO2,
1 내지 3 wt% Al2O3,
2 내지 6 wt% P2O5,
4 내지 8 wt% CaO,
7.5 내지 12.5 wt% Li2O,
0.5 내지 2 wt% Na2O,
1 내지 4 wt% ZrO2, 및
0.2 내지 0.8 wt% F-의 소스를 포함할 수 있다.
구체예에서, 상기 조성물은 바람직한 또는 가장 바람직한 조성물일 수 있으며 상기 조성물 성분을 포함하거나, 이로 이루어지거나, 이로 필수적으로 이루어질 수 있다.
구체예에서, 개시된 생리 활성 조성물 및 제품은 바람직한 또는 가장 바람직한 조성물 또는 제품일 수 있으며 개시된 생리 활성 조성물 또는 제품을 포함하거나, 이로 이루어지거나, 이로 필수적으로 이루어질 수 있다.
구체예에서, 개시된 제조 방법 및 사용 방법은 바람직한 또는 가장 바람직한 방법일 수 있으며 개시된 방법을 포함하거나, 이로 이루어지거나, 이로 필수적으로 이루어질 수 있다.
구체예에서, 상기 조성물은 중간 값 및 범위를 포함하여, 200 MPa 내지 500 MPa, 예를 들어, 적어도 200 MPa, 적어도 300 MPa, 또는 적어도 400 MPa의 고 강도를 가질 수 있다.
구체예에서, 상기 조성물은 중간 값 및 범위를 포함하여,1.4 내지 2.0 MPa·m1/2, 예를 들어, 적어도 1.4, 1.6, 1.8, 또는 2.0 MPa·m1/2의 고 파괴 인성을 가질 수 있다.
구체예에서, 상기 조성물은 200 MPa 내지 500 MPa의 고 강도 및 1.4 내지 2.0 MPa·m1/2의 고 파괴 인성의 조합을 가질 수 있다.
전구체 유리
구체예에서, 상기 조성물은 예를 들어:
상기 조성물 총 100 wt%을 기준으로
50 내지 75 wt% SiO2,
1 내지 5 wt% Al2O3,
1 내지 8 wt% P2O5,
2 내지 10 wt% CaO,
5 내지 20 wt% Li2O,
0.5 내지 5 wt% Na2O,
0.5 내지 8 wt% ZrO2, 및
0.1 내지 1.0 wt% F-의 소스를 포함하는 전구체 유리 조성물로부터 제조될 수 있다.
구체예에서, 상기 전구체 유리 조성물은 세라믹화 시 크게 변화하지 않는다.
구체예에서, 본 개시는 예를 들어:
상기 조성물 총 100 wt%을 기준으로
50 내지 75 wt% SiO2,
1 내지 5 wt% Al2O3,
1 내지 8 wt% P2O5,
2 내지 10 wt% CaO,
5 내지 20 wt% Li2O,
0.5 내지 5 wt% Na2O,
0.5 내지 8 wt% ZrO2, 및
0.1 내지 1.0 wt% F-의 소스를 포함하는 전구체 유리를 0.5 내지 10 시간 동안 650 내지 750 ℃에서 가열한 후 0.5 내지 20 시간 동안 750 내지 850 ℃에서 가열함으로써 세라믹화하는 단계를 포함하는 상기 유리-세라믹 조성물의 제조 방법을 제공한다.
구체예에서, 상기 제조 방법은 예를 들어, 상기 제품의 기계적 강도를 증가시키기 위해 상기 제품의 적어도 하나의 표면 상에 적어도 하나의 압축 응력을 만들도록 상기 생성된 유리-세라믹 조성물을 이온 교환하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.
생리 활성 조성물
구체예에서, 본 개시는:
리튬 디실리케이트로 구성된 제1 결정상; 및
규회석, 플루오로애퍼타이트, 크리스토발라이트, β-석영, 리티오포스페이트, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나로 이루어지는 군으로부터 선택되는 제2 결정상으로 구성된 유리-세라믹; 및
적어도 하나의 살아있는(live) 조골 세포(osteoblast cell)를 포함하는 생리 활성 조성물, 즉, 개시된 조성물 및 뼈를 합성할 수 있는 세포를 포함하는 생리 활성 유리-세라믹을 제공한다.
구체예에서, 상기 생리 활성 조성물에서 상기 유리-세라믹 조성물은 예를 들어:
상기 조성물 총 100 wt%을 기준으로
50 내지 75 wt% SiO2,
1 내지 5 wt% Al2O3,
1 내지 8 wt% P2O5,
2 내지 10 wt% CaO,
5 내지 20 wt% Li2O,
0.5 내지 5 wt% Na2O,
0.5 내지 8 wt% ZrO2, 및
0.1 내지 1.0 wt% F-의 소스를 포함할 수 있다.
구체예에서, 상기 유리-세라믹 조성물은, 예를 들어:
상기 조성물 총 100 wt%을 기준으로
50 내지 60 wt% SiO2,
1 내지 3 wt% Al2O3,
2 내지 6 wt% P2O5,
4 내지 8 wt% CaO,
7.5 내지 12.5 wt% Li2O,
0.5 내지 2 wt% Na2O,
1 내지 4 wt% ZrO2, 및
0.2 내지 0.8 wt% F-의 소스를 포함할 수 있다.
구체예에서, 상기 생리 활성 조성물은, 예를 들어, 상기 조성물 100 wt%을 기준으로 0.1 내지 10 wt% B2O3의 소스를 더욱 포함할 수 있다.
구체예에서, 본 개시는 조골 세포를 배양(culture)하는 방법, 즉, 예를 들어:
상기 생리 활성 조성물을 적절한 액체 매질과 접촉시키는 단계를 포함하는 개시된 생리 활성 조성물의 사용 방법을 제공한다.
구체예에서, 상기 생리 활성 조성물의 유리-세라믹 조성물은 상기 살아있는 조골 세포(들)와 접촉되기 전에 상기 적절한 액체 매질과 조합 또는 접촉될 수 있다.
구체예에서, 상기 접촉시키는 단계는 상기 생리 활성 조성물의 표면 상에 상기 조골 세포의 증식을 생성한다.
구체예에서, 상기 접촉시키는 단계는 MC3T3 세포의 배지(culture medium)와 같은 적절한 액체 매질: 즉, 10% 소태아혈청(fetal bovine serum) 및 1 mM 나트륨 피루베이트(pyruvate)를 갖는 알파(alpha)-MEM 내에서의 상기 조골 세포의 증식을 생성한다.
구체예에서, 적절한 액체 매질은 예를 들어, 시뮬레이션된 체액(simulated body fluid, SBF) 조성물을 포함할 수 있다. SBF는 생리 활성 유리/유리-세라믹의 애퍼타이트 형성 활성을 테스트하는데 사용된다. 개시된 생리 활성 유리-세라믹은 뼈 및 치아에 결합할 수 있으며, 심지어 연조직(soft tissue)에도 결합할 수 있는 생물학적으로 활성인 애퍼타이트 층(예를 들어, 뼈 및 치아의 미네랄상)을 인-시튜(in-situ) 형성한다. 개시된 생리 활성 유리-세라믹의 잠재적인 적용(application)은 예를 들어, 하중-지지(load-bearing) 뼈의 수리, 치아 재생, 치아 과민증(hypersensitivity)의 치료, 인공 척추, 척추 스페이서(spinous spacer), 추간(intervertebral) 스페이서, 장골(iliac) 스페이서, 과립(granular) 필러, 골격(scaffold), 중이 이식(middle-ear implant) 및 다른 유형의 작은 뼈 교체, 상처 치유 및 유사한 적용에의 사용을 위한 모놀리식(monolithic) 제품, 복합체, 필름, 코팅, 또는 유사한 형태를 포함할 수 있다. 개시된 생리 활성 유리-세라믹은 예를 들어, 조골 세포, 각질 세포(keratinocyte), 인간 제대정맥혈관내피세포(human umbilical vein endothelial cell, HUVEC) 등과 생체 적합성이 있다(예를 들어, T.Kokubo 등 저술, "How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity?", Biomaterials, 27[15] 2907-15 (2006) 참조).
구체예에서, 개시된 조성물 및 개시된 생리 활성 조성물은 또한 예를 들어, 혈관 생성(HUVEC 세포), 상처 치유(각질 세포), 뼈 조직 엔지니어링(MC3T3 세포) 적용 및 유사한 적용을 가질 수 있다.
구체예에서, 개시된 조성물은 다양한 적용에서의 다양한 세포 유형과 생체 적합성이 있으며, 생물학적으로 활성이다(즉, 생리 활성이다).
구체예에서, 개시된 조성물 및 이들의 방법은 예를 들어:
고 강도 및 고 인성의 조합을 갖는 유리 세라믹;
우수한 생체 적합성을 갖는 유리-세라믹; 및
조골 세포의 성장 및 기능화(functionalization)을 지지할 수 있는 능력을 갖는 유리-세라믹 조성물을 포함하는 몇몇 관점에서 이점이 있다.
구체예에서, 개시된 생리 활성 유리-세라믹 조성물은, 예를 들어, 빈(hollow) 마이크로스페어(microsphere), 채워진(solid) 마이크로스페어, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 형태 인자를 더욱 포함할 수 있으며, 즉, 상기 유리 조성물은, 구, 연장된 구 또는 난형(egg-shape), 로드(rod), 또는 유사한 기하 구조와 같은 특정 형상을 갖는다. 표 1은 개시된 조성물의 대표적인 실시예를 열거한다. 모든 샘플 1 내지 15에 대한 세라믹화 사이클은 2시간 동안 700 ℃ 및 4시간 동안 800 ℃였다.
실시예 조성물(실시예 7 내지 15) 및 대조 조성물(실시예 C-1 내지 C-6)
산화물(wt%) C-1 1 C-2 C-3 C-4 C-5 C-6 7 8
SiO2 70 65 60 55 60 60 70 65
B2O3 0 0 0 0 0 0 0 0
Al2O3 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
Li2O 12 12 12 12 15 12 12 12
Na2O 2 2 2 2 2 2 2 2
CaO 6 6 6 6 6 6 6 6
P2O5 4 4 4 4 4 4 4 4
ZrO2 2 2 2 2 2 4 2 2
F- 0 0 0 0 0 0 0.5 0.5
상 집합2 A A A 　B C D E E
굽힘 강도(MPa) - - - - - - 504 407
파괴 인성(MPa·m1/2) - - - - - - 1.8 1.9
표 1 계속
Figure pat00001
1. "C-#" 표시는 대조 실시예를 나타냄(즉, C- 내지 C-6).
2. 상 집합 키:
A = 리튬 디실리케이트, 크리스토발라이트, 규회석, β-석영, 리티오포스페이트
B = 리튬 디실리케이트, 규회석, 리티오포스페이트
C = 리튬 디실리케이트, 리튬 메타실리케이트, 규회석, 리티오포스페이트
D = 리튬 디실리케이트, β-석영, 리티오포스페이트
E = 리튬 디실리케이트, 크리스토발라이트, 플루오로애퍼타이트, β-석영
F = 리튬 디실리케이트, 플루오로애퍼타이트, β-석영, 리티오포스페이트
G = 리튬 디실리케이트, 플루오로애퍼타이트, 리튬 메타실리케이트, β-석영
H = 리튬 디실리케이트, 플루오로애퍼타이트, β-석영.
샘플 외관: 실시예 1 내지 8 및 10 내지 15의 샘플은 흐릿한(translucent) 백색이었고, 실시예 9는 흐릿한/반-투명한(semi-transparent) 백색이었다.
구체예에서, 개시된 조성물은 예를 들어, K2O, K2CO3, Ca3(PO4)2, MgO, TiO2, As2O3, Sb2O3, 또는 이들의 조합 또는 혼합물 중 적어도 하나가 없거나(예를 들어, 0 ppm 또는 ppb), 실질적으로 없을 수 있다(예를 들어, 수 ppm 또는 ppb 미만의 미량).
구체예에서, 본 개시는 우수한 기계적 특성 및 생체 적합성을 갖는 유리-세라믹을 제조하기 위해 세라믹화될 수 있는 전구체 유리 조성물을 제공한다. 구체예에서, 본 개시는 상기 세라믹화된 제품 내에 인터로킹 구조물을 형성함으로써 높은 기계적 강도를 갖는 유리-세라믹을 제공하며, 이는 크랙이 구불구불한(tortuous) 경로를 따라 전파되도록 강제한다. 또한, 개시된 조성물 내의 플루오로애퍼타이트 및 규회석과 같은 부 결정상의 존재는 조골 세포계(cell line)의 성장, 증식, 및 기능에 유익하다.
구체예에서, 전구체 유리 또는 소스 유리는 예를 들어, 상기 조성물 총 100 wt%을 기준으로, 50 내지 75 wt% SiO2, 1 내지 5 wt% Al2O3, 5 내지 20 wt% Li2O, 0.5 내지 5 wt% Na2O, 0.5 내지 8 wt% ZrO2, 및 0.1 내지 1.0 wt% F-(즉, 불소 이온)을 포함할 수 있다. 구체예에서, 보다 바람직한 전구체 유리 조성물은, 예를 들어, 총 100 중량 퍼센트를 기준으로, 50 내지 60 wt% SiO2, 1.0 내지 3.0 wt% Al2O3, 0.1 내지 4.0 wt% B2O3, 7.5 내지 12.5 wt% Li2O, 0.5 내지 2.0 wt% Na2O, 1.0 내지 4.0 wt% ZrO2, 및 0.2 내지 0.8 wt% F- 이온을 포함할 수 있다(표 1 참조).
구체예에서, 상기 전구체 유리는 예를 들어, 80 내지 95%와 같이, 80% 이상의 고 결정화도(crystallinity)를 갖는 유리-세라믹 제품으로 세라믹화될 수 있다. 주 결정상은 리튬 디실리케이트로 구성된다. 부 결정상은 목적하는 조성물에 따라, 예를 들어, 플루오로애퍼타이트, 규회석, 크리스토발라이트, β-석영, 리티오포스페이트, 또는 이들의 혼합물로 구성될 수 있다.
도면을 참조하면, 도 1은 실시예 조성물 7 내지 10의 X-레이 회절 스펙트럼을 도시하고, 여기서 참조 번호 7, 8, 9 및 10은 각각 표 1의 실시예 조성물 7 내지 10에 대응된다. 중요한 피크는: 리튬 디실리케이트(별표), 리튬 메타실리케이트(삼각형), 플루오로애퍼타이트(점), 베타-석영(사각형) 및 크리스토발라이트(다이아몬드)(마커 형상)로 식별된다. 모든 시편은 2시간 동안 700 ℃ 및 이후 4시간 동안 800 ℃의 사이클을 사용하여 세라믹화되었다.
구체예에서, 인터로킹 리튬 디실리케이트로 구성된 개시된 유리 세라믹 제품은 소정의 주기의 시간 동안 700 내지 900 ℃의 온도에서 전구체 유리를 세라믹화함으로써 쉽게 얻어질 수 있다. 리튬 디실리케이트상의 결정 입도(grain size)는 유리-세라믹에서 전형적으로 형성되는 높은 종횡비(aspect ratio)를 갖는 1 마이크로미터보다 클 수 있다. 도 2a 내지 2d는 각각 도 2a, 2b, 2c 및 2d에 대응하는 실시예 조성물 7 내지 10에서의 폴리싱된 표면의 SEM 이미지를 도시한다. 모든 시편은 2시간 동안 700 ℃ 및 이후 4시간 동안 800 ℃의 사이클을 사용하여 세라믹화되었다. 시편은 관측 전에 1분 동안 1% HF에서 에칭되었다.
이론에 구애되지 않지만, 인터로킹 결정의 존재는 예를 들어, 크랙 편향(deflection) 및 구불구불한 크랙 경로를 포함하는 강화(toughening) 메커니즘을 발달시키는데 중요한 요소일 수 있으며, 이들 메커니즘은 관측된 고 파괴 인성 및 높은 굽힘 강도(표 1)에 기여할 수 있다고 생각된다. 예를 들어, 1.5 MPa·m1/2 초과의 파괴 인성 및 300 MPa 초과의 굽힘 강도는 선택된 유리-세라믹 조성물에서 달성될 수 있다.
구체예에서, 개시된 유리-세라믹 제품 또는 잔류 유리는 기계적 강도를 더욱 향상시키기 위해 제품의 표면 내에 압축 응력을 만들도록 이온 교환될 수 있다.
구체예에서, 우수한 생체 적합성은 개시된 유리-세라믹 조성물에서 입증되었다. 세포 부착은 조성물 7 내지 9의 표면 상의 공초점 이미지를 통해 명확히 관측되었다. MC 3T3 세포는 1일간 배양되었고 4% 포름알데히드로 고정되었으며, 그 후 공초점 이미징 전 Alexa Fluor 568 팔로이딘(phalloidin) 및 DAPI로 착색되었다. 도 3a 내지 3d는 각각 도 3a, 3b, 3c 및 3d에 대응하는 개시된 조성물 7 내지 10 내의 MC3T3 세포 성장의 공초점 SEM 이미지를 도시한다. 모든 시편은 2시간 동안 700 ℃ 및 그 후 4시간 동안 800 ℃의 사이클을 사용하여 세라믹화되었다. 세포는 1일 동안 배양되었고 4% 포름알데히드로 고정되었으며 그 후 공초점 이미징 전에 Alexa Fluor 568 팔로이딘 및 DAPI로 착색되었다.
실시예 조성물 7 내지 10의 개시된 유리-세라믹의 세포 증식 지원 능력은 TCT 제어에 관한 절대적 수준(도 5a) 및 상대적 수준(도 5b)에 대해 배양된 세포로부터의 DNA의 표현에 의해 입증되었다. MCT3 세포는 유리-세라믹 디스크 상에서 배양되었다. 4일 및 7일에서, 세포는 하룻밤 동안 65℃에서 소화 완충액(125 마이크로그램/mL 파파인, 2 mM L-시스테인, 2 mMM EDTA)으로 소화되었고, 상기 dsDNA 양은 Quant-iTTM PicoGreen® dsDNA Kit (Thermo Fisher)을 사용하여 측정되었다. 증가하는 배양 시간에 따른 DNA 농도의 증가는 개시된 조성물의 우수한 생체 적합성의 추가적인 증거를 제공하였다.
구체예에서, 개시된 유리-세라믹은 씬 롤링(thin rolling), 플로트(float), 캐스팅(casting) 공정 및 유사한 방법을 사용하여 제조될 수 있으며; 골격은 예를 들어, 빠른 프로토타이핑(prototyping), 중합체 폼(foam) 복제, 입자 소결 및 유사한 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 원하는 형태의 유리-세라믹은 세포 성장 및 경조직 재생을 지지하는데 사용될 수 있다.
구체예에서, 개시된 조성물의 실현된 기계적 강도, 생체 적합성 및 생분해(biodegradation)는 유리 조성물에 의해 영향을 받을 수 있다. 구체예에서, 개시된 유리 조성물은 예를 들어: 전구체 유리에 대한 주된 유리-형성 산화물로서의 역할을 하고 유리 및 유리-세라믹의 네트워킹 구조를 안정화시키는 기능을 할 수 있는 SiO2를 더욱 포함할 수 있다. 구체예에서, SiO2의 농도는 전구체 유리가 열처리되어 유리-세라믹으로 전환(즉, 세라믹화)될 때 리튬 디실리케이트 결정상을 형성하기에 충분히 높아야 한다. 그러나, 유리는 순수한 SiO2 또는 고-SiO2 유리의 용융 온도(200 poise 온도)가 바람직하지 않게 높기 때문에 너무 많은 SiO2를 함유할 수 없다. 구체예에서, 유리 또는 유리-세라믹 조성물은 예를 들어, 총 중량 100 wt%을 기준으로 68 내지 82 wt% SiO2을 포함할 수 있다.
구체예에서, Al2O3는 또한 네트워킹 구조에 안정화를 제공할 수 있다. Al2O3는 기계적 특성 및 화학적 내구성 향상에 유리하다. 그러나, 너무 많은 Al2O3는 일반적으로 용융물의 점도를 증가시키며 인터로킹 구조가 형성될 수 없을 정도로 리튬 디실리케이트 결정의 분율을 감소시킨다. Al2O3 농도는, 바람직하게는 예를 들어 1 내지 5 wt%의 합리적인 범위로 유지된다.
구체예에서, B2O3의 첨가는 유리-세라믹의 향상된 크랙-저항성에 유리할 수 있으며, 이는 치과 적용에 도움이 된다. 또한, 보다 높은 붕소 농도는 생리 활성 조성물의 분해 속도를 증가시킬 수 있으며, 이러한 특성은 뼈재생과 같은 적용에 바람직할 수 있다.
Li2O는 개시된 전구체 유리 조성물 내에서 또 다른 중요한 성분이다. Li2O는 리튬 디실리케이트 결정상을 형성하는데 유리하다. Li2O는 지배적인 상으로 리튬 디실리케이트를 갖는 유리-세라믹을 얻기 위해 적어도 8 wt% Li2O을 갖도록 요구된다. 그러나, Li2O 함량이 15 wt% 초과와 같이 너무 높아지면, 전구체 유리는 낮은 비저항(resistivity)를 갖는 유체가 되어 용융 또는 형성하기 어려워진다.
구체예에서, 개시된 유리 및 유리-세라믹 조성물은 예를 들어, 벌크(bulk) 핵 생성 제조를 위한 핵 생성제로서 예를 들어, 2 내지 6 wt% P2O5을 포함할 수 있다. P2O5 농도가 2 wt% 미만과 같이 너무 낮으면, 전구체 유리는 결정화되지 않는다. P2O5 농도가 6 wt% 초과와 같이 너무 높으면, 전구체 유리 형성 동안 냉각 시의 실투(devitrification)를 제어하기 어려울 수 있다.
구체예에서, 알칼리 토금속 산화물과 같은 2가 양이온 산화물은 또한 유리의 용융 거동 및 생리 활성을 향상시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, CaO는 P2O5와 결합하여 애퍼타이트를 형성하거나 SiO2와 결합하여 규회석을 형성하는 것으로 밝혀졌다. 애퍼타이트 및 규회석 모두는 공지의 생리 활성 세라믹이다(Hench, L. L., supra. 참조).
구체예에서, 전구체 유리 내에 0.1 내지 5 wt%의 양의 Na2O를 포함하는 것은 전구체 유리의 용융 온도를 감소시킬 수 있으며, 세라믹화 사이클을 단축시킬 수 있다. 또한, 전구체 유리 내 Na2O를 포함하는 것은 보다 높은 열 팽창(즉, CTE)이 유리-세라믹 제품 내에서 바람직하다면 세라믹화 후에 열 팽창을 증가시킬 수 있다.
구체예에서, 용융은 전구체 유리 물질을 융합하기 위해 1300 ℃ 초과와 같은 상승된 온도에서 수행되었다. 구체예에서, 세라믹화는 유리를 유리-세라믹 물질로 결정화하는데 사용된 용융된 유리의 열처리였다.
실시예
하기 실시예는 상기 일반적 절차에 따른 개시된 조성물 및 방법의 제조, 사용 및 분석을 설명한다.
실시예 1
대조 실시예 C-1 내지 C-6 및 실제 실시예 유리-세라믹 조성물 7 내지 15의 제조 대조 및 실제 실시예 유리-세라믹 조성물 1 내지 15는 표 1에 열거되며, 예를 들어, 실리카, 붕산, 알루미나, 리튬 카보네이트, 나트륨 카보네이트, 석회석, 스포듀민, 알루미늄 메타포스페이트를 포함하는 나타난 양의 이들 각각의 유리 소스 물질은 전기로(electric furnace)에서 개별적으로 결합 및 용융되었다. 용융 전에, 전구체 유리 소스 물질은 Turbula® 믹서를 사용하여 플라스틱 용기에서 격렬하게(vigorously) 혼합되었다. 이후 상기 혼합물은 약 650 cc의 내부 부피를 갖는 백금 도가니(crucible)로 이송되었고 2시간 동안 700 ℃ 이후 4시간 동안 800 ℃에서 가열되었으며, 이후 상기 유리 용융물은 강판(steel plate)에 부어져(poured) 500 ℃에서 어닐링(anneal)되었다.
실시예 2
유리-세라믹 디스크의 제조 유리-세라믹 디스크는 세라믹화된 부분으로부터 제조되었다. 전구체 유리 패티(patty)는 핵 생성을 위한 2시간 동안 700 ℃ 및 이후 결정 성장을 위한 4시간 동안 800 ℃의 사이클을 사용하여 전기로 내에서 세라믹화되었다. 세라믹화 후, 디스크(직경 12.5 mm × 두께 2.0 mm)는 다이아몬드 드릴을 사용하여 코어-드릴링되었으며(core-drilled), 이후 CeO2 슬러리를 사용하여 1.0 마이크로미터 피니시(finish)로 그라인딩(grinding) 및 폴리싱되었다. 모든 피니시된 디스크는 10분 동안 초음파 소니케이터(sonicator) 내에서 초음파 처리에 의해 세척되었다.
실시예 3
뼈 세포의 실시예 1의 생리 활성 조성물과의 부착 및 성장 방법 실시예 2의 유리-세라믹 디스크(상기 실시예 1의 조성물로부터 제조됨)는 24 웰 조직 배양 처리된 마이크로플레이트(microplate) 내에 위치되었다. 각 조성물은 짝 디스크(duplicate disc)를 갖는다. MC3T3 세포는 이후 상기 웰 또는 아무런 디스크도 없는 웰 내로 시딩되었다(20K/2 mL)(조직 배양 처리된(TCT) 대조군). 마이크로플레이트는 1, 4, 또는 7일 동안 배양되었다. 1일 배양 마이크로플레이트 내의 세포는 4% 포름알데히드로 고정되었고, 그 후 공초점 이미징 전에 Alexa Fluor 568 팔로이딘 및 DAPI로 착색되었다.
도 4a 및 4b는 기준 생리 활성 유리 대조 조성물 1(C-1) 및 생체 외 제어: Tissue Culture Treated® (TCT) 웰과 관련된 실시예 조성물 7, 8, 9 및 19(표 1 참조)의 개시된 생리 활성 유리-세라믹 디스크 상의 MC3T3 세포의 1일 부착 및 증식을 도시한다: 절대 수준(절대 세포 수; 4A) 및 상대 수준(상대 세포 수; 4B).
도 5a 및 5b는 개시된 조성물 7 내지 10에 대한 세포 증식 결과를 도시한다. 4일(D4) 및 7일(D7) 배양 플레이트 내의 세포는 16시간 동안 65 ℃에서 소화 완충 용액(125 마이크로그램/mL) 파파인, 2 mM L-시스테인, 2 mM EDTA)으로 소화되었으며, dsDNA 양은 Quant-iTTM PicoGreen® dsDNA Kit (Thermo Fisher)를 사용하여 측정되었다. 증가하는 배양 시간에 따른 DNA 농도의 증가는 이들의 우수한 생체 적합성의 추가적인 증거를 제공한다.
MC3T3 세포는 파파인으로 소화되었으며 DNA의 양은 PicoGreen 어세이(assay)를 사용하여 측정되었다. D4 또는 D7은 4일 또는 7일("세포 배양의 4일 차 또는 7일 차")을 의미한다. TCT는 Corning, Inc®로부터 구입 가능한 조직 배양 처리된 마이크로플레이트 기판을 의미한다. 유리-세라믹 디스크는 24 웰 조직 배양 처리된 마이크로플레이트의 웰 내에 위치되었다. 각 조성물은 짝 디스크를 가졌다. MC 3T3 세포는 이후 상기 웰 및 아무런 디스크가 없는 몇몇 웰(TCT 대조군) 내로 시딩(20K/2 mL)되었다. 마이크로플레이트는 4일 또는 7일 동안 배양되었다. 4일 및 7일에서, 세포는 16시간 동안의 쉐이킹(shaking)(60 rpm)로 습한 환경에서 65 ℃에서 소화 완충액(125 마이크로그램/mL 파파인, 2 mM L-시스테인, 2mMM EDTA 함유 D-PBS)으로 소화되었다. 디스크 상에서 소화 용액을 위아래로 피페팅(pipetting)함으로써 유리-세라믹 디스크로부터 용해된 DNA를 제거하려는 시도가 있었다. 수집된 소화 용액은 간단히 원심분리되어 남아있는 입자를 제거하였다. 상청액(supernatant) 내의 dsDNA 양은 제조자의 지시에 따라 Quant-iTTM PicoGreen® dsDNA Kit (Thermo Fisher)을 사용하여 측정되었다.
물질:
MC3T3E1 Subclone 14 (ATCC® CRL2594TM)(atcc.org/products/all/CRL-2594.aspx 참조).
Quant-iTTM PicoGreen® dsDNA Kit (Invitrogen, #P11496). 이 키트는 Quant-iTTM PicoGreen® dsDNA Reagent(10 바이알(vial), 각각 100 마이크로리터 부분 표본(aliquot) 함유), 20X TE 완충액 25 mL, 100 마이크로그램/mL Lambda DNA(dsDNA 표준) 1mL, 파파인(Sigma-Aldrich, #P4762-25MG), L-시스테인(Sigma-Aldrich, #C1276-10G), EDTA (Sigma-Aldrich, #E6511), D-PBS (Thermo Fisher, #14190), 65 ℃로 설정된 셰이커 셋(shaker set) 및 플레이트 리더(reader)를 함유한다.
본 개시는 다양한 특정 구체예 및 기술을 참조하여 기술되었다. 그러나, 본 개시의 범위 내를 유지하면서 많은 수정 및 변형이 가능하다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (15)

  1. 유리-세라믹 조성물로서:
    리튬 디실리케이트를 포함하는 제1 결정상; 및
    규회석(wollastonite), 플루오로애퍼타이트(fluoroapatite), 크리스토발라이트, β-석영, 리티오포스페이트(lithiophosphate), 또는 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 제2 결정상을 포함하는 유리-세라믹 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리-세라믹 조성물은 1.5 MPa·m1/2 초과의 파괴 인성(fracture toughness)을 갖는 것을 특징으로 하는 유리-세라믹 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리-세라믹 조성물은 1.4 내지 2.0 MPa·m1/2의 파괴 인성을 갖는 것을 특징으로 하는 유리-세라믹 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리-세라믹 조성물은 300 MPa 초과의 굽힘 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 유리-세라믹 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 결정상 및 상기 제2 결정상은, 조합되어:
    상기 유리-세라믹 조성물의 총 100 wt%를 기준으로
    50 내지 60 wt% SiO2,
    1 내지 3 wt% Al2O3,
    2 내지 6 wt% P2O5,
    4 내지 8 wt% CaO,
    7.5 내지 12.5 wt% Li2O,
    0.5 내지 2 wt% Na2O,
    1 내지 4 wt% ZrO2, 및
    0.2 내지 0.8 wt% F-를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-세라믹 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 결정상 및 상기 제2 결정상은, 조합되어:
    상기 유리-세라믹 조성물의 총 100 wt%를 기준으로
    50 내지 75 wt% SiO2,
    1 내지 5 wt% Al2O3,
    1 내지 8 wt% P2O5,
    2 내지 10 wt% CaO,
    5 내지 20 wt% Li2O,
    0.5 내지 5 wt% Na2O,
    0.5 내지 8 wt% ZrO2,
    0.1 내지 10 wt% B2O3, 및
    0.1 내지 1.0 wt% F-를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-세라믹 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리-세라믹 조성물은 200 MPa 내지 500 MPa의 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 유리-세라믹 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 결정상은 리튬 디실리케이트를 포함하고, 상기 제2 결정상은 애퍼타이트, 규회석, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-세라믹 조성물.
  9. 유리-세라믹 전구체 유리 조성물로서:
    유리-세라믹 전구체 유리 조성물의 총 100 wt%를 기준으로
    50 내지 75 wt% SiO2,
    1 내지 5 wt% Al2O3,
    1 내지 8 wt% P2O5,
    2 내지 10 wt% CaO,
    5 내지 20 wt% Li2O,
    0.5 내지 5 wt% Na2O,
    0.5 내지 8 wt% ZrO2, 및
    0.1 내지 1.0 wt% F-를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리-세라믹 전구체 유리 조성물.
  10. 청구항 1의 유리-세라믹 조성물의 제조 방법으로서:
    전구체 유리 혼합물의 총 100 wt%를 기준으로
    50 내지 75 wt% SiO2,
    1 내지 5 wt% Al2O3,
    1 내지 8 wt% P2O5,
    2 내지 10 wt% CaO,
    5 내지 20 wt% Li2O,
    0.5 내지 5 wt% Na2O,
    0.5 내지 8 wt% ZrO2, 및
    0.1 내지 1.0 wt% F-를 포함하는 전구체 유리 혼합물을, 0.5 시간 내지 10 시간 동안 650℃ 내지 750℃에서 상기 혼합물을 가열한 후, 0.5 시간 내지 20 시간 동안 750℃ 내지 850℃에서 가열함으로써, 세라믹화하는 단계, 및
    생성되는 유리-세라믹 조성물을, 기계적 강도를 증가시키기 위해 유리-세라믹 조성물의 적어도 하나의 표면 상에 적어도 하나의 압축 응력 층을 생성시키도록, 이온 교환하는 단계를 포함하는 유리-세라믹 조성물의 제조 방법.
  11. 생리활성(bioactive) 조성물로서:
    리튬 디실리케이트를 포함하는 제1 결정상; 및 규회석(wollastonite), 플루오로애퍼타이트(fluoroapatite), 크리스토발라이트, β-석영, 리티오포스페이트(lithiophosphate), 또는 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 제2 결정상을 포함하는 유리-세라믹 조성물; 및
    적어도 하나의 살아있는(live) 조골 세포(osteoblast cell)를 포함하는 생리활성 조성물.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 유리-세라믹 조성물은:
    상기 유리-세라믹 조성물의 총 100 wt%를 기준으로
    50 내지 60 wt% SiO2,
    1 내지 3 wt% Al2O3,
    2 내지 6 wt% P2O5,
    4 내지 8 wt% CaO,
    7.5 내지 12.5 wt% Li2O,
    0.5 내지 2 wt% Na2O,
    1 내지 4 wt% ZrO2, 및
    0.2 내지 0.8 wt% F-를 포함하는 것을 특징으로 하는 생리활성 조성물.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 유리-세라믹 조성물의 총 100 wt%를 기준으로
    0.1 내지 10 wt% B2O3를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 생리활성 조성물.
  14. 청구항 12의 생리활성 조성물을 시뮬레이션된 체액 조성물(simulated body fluid composition)과 접촉시키는 단계를 포함하는 조골 세포를 배양(culture)하는 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 접촉시키는 단계는 생리활성 조성물의 표면 상에 조골세포의 증식(proliferate)을 생성시키는 것이거나; 또는 상기 접촉시키는 단계는 상기 시뮬레이션된 체액 조성물에서 조골세포의 증식을 생성시키는 것을 특징으로 하는 조골 세포를 배양하는 방법.

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