KR20220161210A - 하이드록시아파타이트 결정의 생성 없이, 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법 - Google Patents

하이드록시아파타이트 결정의 생성 없이, 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법 Download PDF

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KR20220161210A
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Abstract

본 출원은 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

하이드록시아파타이트 결정의 생성 없이, 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법 {Method for producing a whitlockite crystal, without formation of a hydroxyapatite crystal}
본 출원은 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 출원은 휘트록카이트 결정을 제조하는 과정에서, 하이드록시아파타이트 결정의 생성 없이, 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법에 관한 것이다.
현재 생체 적합성 무기 재료로 칼슘 포스페이트 화합물이 널리 사용되고 있다. 상기 칼슘 포스페이트 화합물은 인체 조직의 재생 또는 치료를 위하여 체내에 삽입되는 인공 골, 치과용 수복재, 골 시멘트, 구강 조성물, 필러와 같은 제품의 원재료로 사용되고 있다.
대표적인 칼슘 포스페이트 화합물로 하이드록시아파타이트(hydroxy apatite, HAp, Ca10(PO4)6(OH)2)와 β-트리칼슘 포스페이트(tricalcium phosphate, TCP, Ca3(PO4)2)가 있다.
인공적으로 합성되는 하이드록시아파타이트는 생체 적합성이 우수하고, 골과 거의 동일한 화학적 특성을 갖지만, 결정성이 너무 커서 생체 내에서 분해되지 않아 자연 골을 대체할 수 없는 단점이 있다.
β-TCP는 생체 내에서 분해되며, 자연 골이 자라도록 유도하기 때문에 단일상의 β-TCP 또는 β-TCP와 하이드록시아파타이트를 혼합한 BCP(biphasic calcium phosphate)에 관한 연구가 많이 이루어지고 있다. 그러나, 종래 기술로는 나노 크기의 β-TCP를 대량으로 합성하는데 어려움이 있어 β-TCP를 다양한 분야에 응용하는데 한계가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 최근에 하이드록시아파타이트 및 β-TCP와 유사한 칼슘 포스페이트 화합물이지만, 그 화학적 구조 및 성분, 결정 구조가 서로 상이한 다른 칼슘 포스페이트 물질인 휘트록카이트(whitlockite)가 연구되고 있다.
경조직(hard tissue)의 가장 풍부한 생체물질 중 하나인 휘트록카이트(Whitlockite, WH, Ca18Mg2(HPO4)2(PO4)12)는 어린 나이의 몸과 생체미네랄화의 초기 단계에 높은 비율로 존재한다. 이는 휘트록카이트가 경조직의 발달에 중요한 역할을 수행함을 의미한다는 것은 간접적으로 나타낸다. 특히, 휘트록카이트에 포함된 마그네슘이 인체 내에서 주변 골 조직의 골 형성을 촉진하는 역할을 수행한다고 알려져 있다. 이러한 휘트록카이트가 경조직으로의 발달에 있어 중요한 역할을 한다는 점에 기초하여, 기존의 하이드록시아파타이트와 베타-트리칼슘포스페이트(β-tricalciumphosphate, β-TCP)를 대체하는 생체 적합성 무기 재료로서 휘트록카이트에 대한 관심이 증가되고 있는 실정이다. 다만, 하이드록시아파타이트와 베타 트리칼슘포스페이트에 대하여는 활발히 연구되어 왔으나, 휘트록카이트에 대하여는 연구가 많이 이루어지지 않아, 휘트록카이트의 역할, 합성 메커니즘을 규명하기 위한 연구에 대한 필요성이 증대되고 있고 있다.
그러나, 휘트록카이트는 하이드록시아파타이트 및 β-TCP에 비하여 생산하는 공정이 까다로워서, 학술적으로 많은 연구가 진행되지도 않았으며, 산업적으로도 응용된 예를 찾기가 힘든 문제가 있었다.
이러한 휘트록카이트 합성이 어렵다는 문제를 해결하기 위하여 종래의 특허(한국 등록특허공보 제10-1423982호(2014.07.22.))에 의해 휘트록카이트 제조방법이 제시되었다.
그러나, 휘트록카이트를 제조하기 위한 종래의 방법은 제조 시간이 길어 제조 비용이 많이 소요되며, 중간과정에서 목표하는 중간생성물을 형성하고, 고순도의 휘트록카이트를 형성하기 위해 수용액의 pH를 정밀하게 제어해야 해서 제조방법이 복잡하다는 문제점이 있다.
종래의 휘트록카이트 제조 방법이 갖는 문제를 해결하기 위해, 본 출원의 휘트록카이트 결정의 제조 방법이 제공된다.
본 출원에 의하여, 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공된다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 다음을 포함하는, 하이드록시아파타이트 결정의 생성 없이, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공된다:
(i) 반응기에 인산 이온을 포함하는 제1 용액을 준비함, 이때 상기 제1 용액은 pH가 5 이하인 산성 용액임;
(ii) 칼슘 이온 및 마그네슘 이온을 포함하는 제2 용액을 준비함, 이때 상기 제2 용액은 pH가 8 이상인 염기성 용액임;
(iii) 산성인 상기 제1 용액이 포함된 반응기에 염기성인 상기 제2 용액을 첨가함, 이때 상기 제1 용액 및 상기 제2 용액이 혼합된 혼합 용액이 제조됨; 및
(iv) 상기 반응기 내의 용액을 교반함, 이때 상기 반응기 내의 용액의 pH는 5 이하임.
특정한 실시예에 따르면,
상기 (iii)에서, 상기 반응기 내의 용액의 pH는 5 이하로 유지되는 것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공된다.
특정한 실시예에 따르면,
상기 방법의 전체 과정에서, 상기 반응기 내에 존재하는 용액의 pH는 5 이하인 것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공될 수 있다.
특정한 실시예에 따르면,
상기 제2 용액은 제1 시간동안 첨가되는 것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공될 수 있다.
이때, 특정한 실시예에 따르면, 상기 제2 용액은 일정한 속도로 첨가되고, 상기 제1 시간은 120초 이하인 것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공될 수 있다.
특정한 실시예에 따르면, (iii)에서, 상기 반응기 내의 용액은 교반되는 것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공될 수 있다.
특정한 실시예에 따르면, 상기 방법의 전체 과정에서 하이드록시아파타이트 결정은 생성되지 않는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공될 수 있다.
특정한 실시예에 따르면, 상기 방법의 전체 과정에서 하이드록시아파타이트 결정은 생성되지 않고, 이때 상기 방법을 통해 제조된 상기 휘트록카이트 결정은
(a) 상기 반응기 내의 용액으로부터 직접 형성되거나;
(b) 상기 하이드록시아파타이트 결정이 아닌 칼슘 원자를 포함하는 결정으로부터의 트랜스폼에 의해 형성되거나, 상기 하이드록시아파타이트 결정이 아닌 마그네슘 원자를 포함하는 결정으로부터의 트랜스폼에 의해 형성되거나, 또는 상기 하이드록시아파타이트 결정이 아닌 칼슘 원자 및 마그네슘 원자를 포함하는 결정으로부터의 트랜스폼에 형성되거나; 또는
(c) 상기 (a) 및 상기 (b)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공될 수 있다.
특정한 실시예에 따르면, 상기 방법은 (iv) 로부터 수득된 결과물을 건조함을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 산정 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공될 수 있다.
특정한 실시예에 따르면, (v) 상기 방법은 (iv) 로부터 수득된 결과물을 세척함; 및 (vi) (v)로부터 수득된 결과물을 건조함을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공될 수 있다.
특정한 실시예에 따르면, 상기 혼합 용액에 포함된 인 원자의 양은 제1 양이고, 상기 혼합 용액에 포함된 칼슘 원자의 양은 제2 양이고, 상기 혼합 용액에 포함된 마그네슘 원자의 양은 제3 양이며,
이때 상기 제1 양 및 제2 양 사이의 비율, 상기 제2 양 및 제3 양 사이의 비율, 및 상기 제1 양 및 제3 양 사이의 비율 중에서 선택되는 어느 하나 이상은 다음 중 어느 하나 이상이 고려되어 결정되는 것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공될 수 있다:
휘트록카이트를 구성하는 인 원자, 칼슘 원자, 및 마그네슘 원자의 비(P:Ca:Mg);
상기 혼합 용액의 pH는 5 이하임; 및
상기 방법을 통해 제조된 고체의 90wt% 이상은 휘트록카이트 결정임.
이때, 특정한 실시예에 따르면, 휘트록카이트를 구성하는 인 원자와 칼슘 원자의 비는 약 0.78이고, 상기 혼합 용액에 포함된 인 원자의 양인 상기 제1 양과 상기 혼합 용액에 포함된 칼슘 원자의 양인 상기 제2 양의 비(P/Ca)는 0.78을 초과하는 것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공될 수 있다.
특정한 실시예에 따르면, 상기 혼합 용액에 포함된 칼슘 원자의 몰 수와 상기 혼합 용액에 포함된 마그네슘 원자의 몰수의 비(Ca/Mg)는 2.2 내지 4.0인 것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면,
(i) 반응기에 제1 농도의 인산 이온을 포함하는 제1 용액을 준비함, 이때 상기 제1 용액은 pH가 5 이하인 산성 용액임;
(ii) 제2 농도의 칼슘 이온 및 제3 농도의 마그네슘 이온을 포함하는 제2 용액을 준비함, 이때 상기 제2 용액은 pH가 8 이상인 염기성 용액임;
(iii) 산성인 상기 제1 용액이 포함된 상기 반응기에 염기성인 상기 제2 용액을 첨가함, 이때 상기 제1 용액 및 상기 제2 용액이 혼합된 혼합 용액이 제조됨; 및
(iv) 상기 반응기 내의 용액을 교반함을 포함하고,
상기 반응기 내의 용액의 pH는 5 이하인,
하이드록시아파타이트 결정의 생성 없이, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공된다.
특정한 실시예에 따르면,
상기 혼합 용액의 pH가 5 이하가 되도록, 상기 제1 농도, 상기 제2 농도, 및 상기 제3 농도의 관계가 결정되며,
결정된 상기 관계에 기초하여 상기 제1 농도의 값, 상기 제2 농도의 값, 및 상기 제3 농도의 값이 선택되는 것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공된다.
특정한 실시예에 따르면,
상기 (iii)에서, 상기 반응기 내의 용액의 pH는 5 이하로 유지되는 것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공된다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 이때,
상기 제1 농도는 제1 몰농도이고, 상기 제2 농도는 제2 몰농도이고, 상기 제3 농도는 제3 몰농도인것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공된다.
특정한 실시예에 따르면,
상기 제2 용액은 제1 시간동안 첨가되는 것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공된다.
이때, 일 실시예에 따르면, 상기 제2 용액은 일정한 속도로 첨가되고, 상기 제1 시간은 120초일 수 있다.
특정한 실시예에 따르면,
상기 반응기 내의 용액은 교반되는 것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공된다.
특정한 실시예에 따르면,
상기 방법의 전체 과정에서 하이드록시아파타이트 결정은 생성되지 않고,
이때 상기 방법을 통해 생성된 상기 휘트록카이트 결정은
(a) 상기 반응기 내의 용액으로부터 직접 침전되거나,
(b) 상기 하이드록시아파타이트 결정이 아닌 칼슘 원자를 포함하는 결정으로부터 트랜스폼되거나, 상기 하이드록시아파타이트 결정이 아닌 마그네슘 원자를 포함하는 결정으로부터 트랜스폼되거나, 또는 상기 하이드록시아파타이트 결정이 아닌 칼슘 원자 및 마그네슘 원자를 포함하는 결정으로부터 트랜스폼되거나, 또는
(c) 상기 (a) 및 상기 (b)에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공된다.
특정한 실시예에 따르면,
상기 제3 농도는 상기 제2 농도의 30% 이상 40% 이하인 것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공된다.
본 출원의 다른 실시예에 따르면,
(i) 반응기에 제1 농도의 인산 이온을 포함하는 제1 용액을 준비함, 이때 상기 제1 용액은 pH가 5 이하인 산성 용액임;
(ii) 제2 농도의 칼슘 이온을 포함하는 제3 용액, 제3 농도의 마그네슘 이온을 포함하는 제4 용액을 준비함, 이때 상기 제3 용액은 pH가 8 이상인 염기성 용액이고, 상기 제4 용액은 pH가 8 이상인 염기성 용액임;
(iii) 산성인 상기 제1 용액이 포함된 상기 반응기에 염기성인 상기 제3 용액 및 염기성인 상기 제4 용액을 첨가함, 이때 상기 제1 용액, 제3 용액, 및 제4 용액이 혼합된 혼합 용액이 제조됨; 및
(iv) 상기 반응기 내의 용액을 교반함을 포함하고,
상기 반응기 내의 용액의 pH는 5 이하인,
하이드록시아파타이트 결정의 생성 없이, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공된다.
본 출원에 의해 제공되는 방법에 따르면, 하이드록시아파타이트 결정의 생성 없이 휘트록카이트 결정이 제조될 수 있다.
본 출원에 의해 제공되는 방법에 따르면, 휘트록카이트 결정의 제조에 소요되는 시간이 보다 더 단축될 수 있다.
도 1은 본 출원에 개시된, 제1 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 출원에 개시된, 제2 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 출원에 개시된, 제3 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 출원에 개시된, 제4 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 제조예 1을 통해 휘트록카이트 결정을 제조하는 경우, 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서의 반응기 내의 용액의 pH 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6는 도 5의 그래프에서, 0초에서 1200초 사이의 결과만을 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 5의 그래프에서, 0초에서 120초 사이의 결과만을 나타낸 그래프이다.
도 8은 제조예 1을 통해 휘트록카이트 결정을 제조하는 경우, 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서, 특정 타임포인트에서 수득된 샘플을 XRD(X-ray diffraction)로 분석한 결과에 대한 그래프이다.
도 9는 제조예 1을 통해 휘트록카이트 결정을 제조하는 경우, 양이온 수용액의 첨가 후 3시간, 6시간, 및 24시간에서 수득된, 고순도의 휘트록카이트 결정을 포함하는 샘플을 XRD로 분석한 결과에 대한 그래프이다.
도 10은 제조예 1을 통해 휘트록카이트 결정을 제조하는 경우, 양이온 수용액의 첨가 후 3시간, 6시간, 및 24시간에서 수득된 휘트록카이트 결정을 SEM(Scanning Electron Microscope)을 통해 촬영한 데이터이다.
도 11은 제조예 1을 통해 휘트록카이트 결정을 제조하는 경우, 양이온 수용액의 첨가 후 3시간, 6시간, 및 24시간에서 수득된 샘플을 XRD로 분석한 결과를 나타낸 그림이다.
도 12는 본 출원에 개시된 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 제조하고 세척 및 건조하여 수득된 결과물을 촬영한 사진이다.
도 13은 도 12에 개시된 사진의 일 부분을 확대한 사진이다.
도 14는 종래의 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 제조하고 세척 및 건조하여 수득된 결과물을 촬영한 사진이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 출원의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 출원에 개시된 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 출원에 개시된 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여 퇴보적인 다른 발명이나 본 출원에 개시된 발명의 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이고, 이 또한 본 출원에 개시된 발명의 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 사용하여 설명한다.
본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
본 명세서에서 사용되는 “약”이라는 용어는 참조 양, 농도, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 중량 또는 길이에 대해 30, 25, 20, 25, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 또는 1% 정도로 변하는 양, 농도, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 중량 또는 길이를 의미한다.
본 출원에서 사용되는 용어 "제1 (first)", "제2 (second)", "제3 (third)", "제4 (fourth)", "제5 (fifth)" 등과 같은 서수적 한정은 동일한 용어를, 필요에 따라, 서로 구별하여 설명하고자 할 때 사용될 수 있다. 따라서, 명세서 전체에서 "제1", "제2"로 구별되는 용어들은 동일한 구성을 의미하지 않을 수 있고, 오히려 상기 용어들이 설명되는 실시예 또는 단락별로 독립적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서는 제1 양은 인 원자의 양을 지칭하는 것일 수 있으나, 다른 실시예에서는 제1 양은 마그네슘 원자의 양을 지칭하는 것일 수 있다. 즉, 각 실시예에서 '제1 양'에 대해 설명하고 있는 바를 참고하여, 제1 양은 각 실시예 별로 독립적으로 해석될 수 있다. 마찬가지로 일부 실시예에서 제2 양은 칼슘 원자의 양을 지칭하는 것일 수 있으나, 다른 실시예에서는 제2 양은 칼슘 이온 공급 물질의 양을 지칭할 수 있다. 구체적인 예로, 일부 실시예에서는 '이때, 제1 양은 인 원자의 양임'과 같이 제1 양은 인 원자의 양을 지칭하는 것으로 설명되나, 다른 실시예에서는 '이때, 제1 양은 인산 이온 공급 물질의 양임'과 같이 제1 양은 인산 이온 공급 물질을 지칭하는 것으로 설명될 수 있다. 제n 양 뿐만 아니라, 제n 농도, 및 제n 용액 등도 실시예 또는 단락 별로 독립적으로 해석될 수 있다.
휘트록카이트(whitlockite, Ca18Mg2(HPO4)2(PO4)12)는 마그네슘 원자를 포함하는 인산칼슘으로, 전술한 바와 같이 경조직(hard tissue)의 성장 또는 발달에 중요한 역할을 한다. 휘트록카이트 및 종래의 휘트록카이트의 제조 방법은 문헌 'Phase transformation from hydroxyapatite to the secondary bone mineral, whitlockite'에 상세히 개시된다 (Jang, Hae Lin, et al. "Phase transformation from hydroxyapatite to the secondary bone mineral, whitlockite." Journal of Materials Chemistry B 3.7 (2015): 1342-1349.)
종래의 문헌에서는 휘트록카이트 제조의 처음부터 산성 분위기가 조성되어 숙성되는 경우, DCPA와 DCPD 등의 칼슘 포스페이트 계열 화합물이 생성되어 잔존하게 되어 고순도의 휘트록카이트를 합성할 수 없다고 개시되어 있다. 반면에, 하이드록시아파타이트가 안정적으로 존재하는 조건은 pH 5 이상인 바, 하이드록시아파타이트가 생성되는 조건인 pH 5 이상에서 숙성되는 경우, 생성물에 하이드록시아파타이트가 존재하게 되어 고순도의 휘트록카이트를 합성하기가 어렵다. 종래의 문헌에서는 고순도의 휘트록카이트를 합성하기 위하여 양이온 수용액에 인산 이온 공급 물질을 적하 방식으로 첨가함으로써, 초반에는 염기성 분위기에서 합성을 진행하여 DCPA 및/또는 DCPD 상은 형성시키지 않고 하이드록시아파타이트 상만을 형성하고, 인산 이온 공급 물질이 모두 첨가된 후에는 산성 분위기에서 합성을 진행하여 고순도의 휘트록카이트를 합성하였다. 다시 말해, 종래 기술에 의하면, 휘트록카이트를 생성하기 위해서는, 반드시 하이드록시아파타이트를 먼저 생성한 후, 생성된 하이드록시아파타이트의 칼슘이온과 용액 내의 마그네슘 이온의 교환을 통한 트랜스폼 과정을 거쳐 휘트록카이트를 합성하여 왔다.
설명한 바와 같이, 종래 문헌의 방법에 의해 합성된 휘트록카이트 결정은 합성 과정에서 하이드록시아파타이트 결정으로부터 트랜스폼 되어야 한다. 이를 위해 휘트록카이트 합성 과정에서 하이드록시아파타이트 결정을 반드시 합성할 수 있도록 적절한 pH의 조절이 필요하였다. 보다 구체적으로, 하이드록시아파타이트 결정은 약 pH 5 이하에서 안정적으로 존재할 수 없기 때문에, 휘트록카이트 합성 반응은 염기성 용액에서 출발하여야 하고, 원료 물질이 첨가되고 또는 첨가되는 중에 반응기 내의 용액이 일정 시간 이상 염기성 조건을 유지해야 하며, 염기성 조건을 유지한 후에는 생성된 하이드록시아파타이트를 휘트록카이트로 트랜스폼시키기 위하여 반응기 내의 용액은 산성 조건에서 숙성시키는 방법을 사용하였다. 따라서, 종래 기술에 따를 때 반응기 내의 용액의 pH는 보다 조심스럽게 컨트롤 될 필요가 있었다.
이에, pH를 보다 조심스럽게 컨트롤하기 위하여 종래에는, 산성 용액을 첨가하는 용액의 첨가 속도를 억제하거나, 적하 방식을 통해 반응기 내로 산성 용액을 첨가하여, 반응기 내의 용액이 염기성 조건을 일정 시간 이상 유지하도록 컨트롤하였다.
허나, 이와 같은 방법을 사용하여 휘트록카이트를 합성하는 경우, 산성 용액의 첨가 속도를 억제하게 되어 휘트록카이트 합성에 많은 시간이 소모되고, 미세하게 pH를 컨트롤해주어야 하여 번거롭다는 문제가 있다.
또한, 보다 더 산업적으로 이용되기 위하여, 휘트록카이트는 대량 생산에 적합한 공정을 통해 대량 생산될 필요가 있음이 분명하나, 산성 용액의 첨가 속도를 억제하거나 적하 방식이 이용되어야 하기 때문에, 이를 수행하기 위한 추가적이고 불필요한 비용이 발생할 수 있으며, 휘트록카이트의 합성에 소요되는 시간 또한 길어져 휘트록카이트의 대량 생산에 적합하지 않다.
이에, 본 출원의 발명자들은 휘트록카이트 결정의 합성 과정에서 하이드록시아파타이트 결정이 생성되지 않는 휘트록카이트 결정의 제조 방법을 발명하였다. 본 출원에 의해 제공되는 방법에 따르면, 휘트록카이트 결정이 제조되는 과정에서 휘트록카이트 결정은 하이드록시아파타이트로부터 트랜스폼 될 필요가 없기 때문에, 휘트록카이트 또는 그것의 제조 과정에서 반응기 내의 용액의 pH가 조심스럽게 컨트롤 될 필요가 없다.
본 출원의 발명자들은 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 하이드록시아파타이트가 생성되는 것을 방지하기 위하여, 반응기 내의 용액의 pH를 하이드록시아파타이트 결정이 안정적으로 존재할 수 없도록, 5 이하로 컨트롤하였다. 본 출원에 개시된 방법을 이용하는 경우, 반응기 내의 용액이 염기성 조건에서 오래 머무를 필요가 없으며, 반응기 내의 용액이 염기성 조건을 필수적으로 거친 후 산성 조건을 유지해야할 필요가 없기 때문에, 본 출원의 방법에 따르면 pH를 조심스럽게 컨트롤 할 필요가 없다.
이를 위해서 본 출원에서 제공되는 방법은, 칼슘 이온과 마그네슘 이온에 인산 용액을 첨가하거나 적하하는 방식을 사용하지 않고, 산성의 인산 용액에 염기성의 칼슘 이온과 마그네슘 이온을 포함하는 용액을 첨가하는 방식을 채택하되, 첨가 과정 및 숙성 과정에서 반응기 내의 용액의 pH가 5를 넘지 않도록 제어하였다. 결과적으로, 매우 빠른 시간 안에 매우 높은 순도를 가지는 휘트록카이트를 합성할 수 있게 되었다.
이하에서, 본 출원에 의하여 제공되는 휘트록카이트 결정의 제조 방법에 대하여 구체적으로 개시한다.
휘트록카이트의 제조 방법
휘트록카이트 결정을 제조하기 위해서 인산 이온, 칼슘 이온, 및 마그네슘 이온이 용액 내에서 혼합되고 반응하여야 한다. 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 인산 이온은 인산 이온 공급 물질에 의해 공급되며, 칼슘 이온은 칼슘 이온 공급 물질에 의해 공급되며, 마그네슘 이온은 마그네슘 이온 공급 물질에 의해 공급된다. 통상적으로, 인산 이온 공급 물질은 용액에 첨가될 때 용액의 pH를 낮추는 물질이며, 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질은 용액에 첨가될 때 용액의 pH를 높이는 물질이다.
전술한 바와 같이, 하이드록시아파타이트 결정은 용액의 pH가 5 이하인 조건에서 안정적으로 존재할 수 없기 때문에, 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 하이드록시아파타이트 결정이 생성되지 않도록 하기 위해서는 반응기 내의 용액의 pH는 5를 넘지 않도록 제어되어야 한다.
휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 반응기 내의 용액의 pH를 5 이하로 제어하기 위해서는, (1) 산성 용액에 용액의 pH를 높이는 양이온 공급 물질을 첨가하여야 하고, 첨가 과정에서 반응기 내의 용액의 pH가 5 이하로 억제되어야 한다. 또한, (2) 휘트록카이트 결정의 제조에 필요한 원료 물질이 용액에 모두 첨가된 후의 용액인 혼합 용액의 pH가 5 이하로 유지되어야 한다.
(1) 산성 용액에 양이온 공급 물질이 첨가되어야 한다.
휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 하이드록시아파타이트 결정을 생성하지 않기 위해서는, 반응기 내의 용액의 pH가 5 이하로 유지되어야 하고, 이를 위해서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법에서 산성 용액에 양이온 공급 물질이 첨가되어야 한다.
양이온 공급 물질은 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질이다. 산성 용액은 인산 이온 공급 물질이 첨가된 용액이다. 즉, 본 출원의 목적을 달성하기 위해서는, 인산 이온 공급 물질이 첨가된 산성 용액에 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가되어야 한다.
인산 이온 공급 물질이 첨가된 산성 용액에 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질을 첨가하는 과정은 다양한 형태로 수행될 수 있다.
일 예로, 상기 과정은 고체의 칼슘 이온 공급 물질 및 고체의 마그네슘 이온 공급 물질을 첨가하는 방식으로 수행될 수 있다.
다른 예로, 상기 과정은 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가된 염기성 용액을 첨가하는 방식으로 수행될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 과정은 칼슘 이온 공급 물질이 첨가된 제1 염기성 용액 및 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가된 제2 염기성 용액을 첨가하는 방식으로 수행될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 과정은 칼슘 이온 공급 물질이 첨가된 염기성 용액을 첨가하고 및 고체의 마그네슘 이온 공급 물질을 첨가하는 방식으로 수행될 수 있다.
또 다른 예로, 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가된 염기성 용액을 첨가하고 및 고체의 칼슘 이온 공급 물질을 첨가하는 방식으로 수행될 수 있다.
칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질의 첨가는 이에 제한되지 않고, 당업계에서 통상적으로 사용되는 방법에 의해 첨가될 수 있다.
종래 기술에 개시된 방법에 따를 때, 하이드록시아파타이트 결정이 필수적으로 생성되야 하므로, 반응기 내의 용액은 휘트록카이트 결정의 제조에 필요한 원료 물질을 일부 포함한 상태에서 일정 시간 이상 염기성 조건을 유지하여야 한다. 따라서, 종래 기술에 개시된 방법은 염기성 용액에 산성인 인산 용액을 첨가하고, 인산 용액의 첨가 속도를 억제하여, 반응기 내의 용액이 일정 시간 이상 염기성 조건을 유지하도록 하였다.
본 출원에 의해 제공되는 방법에 의할 때, 인산 이온 공급 물질이 첨가된 산성 용액에 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질을 첨가하는 동안, 반응기 내의 pH는 5 이하로 유지되어야 한다. 이때, 하이드록시아파타이트 결정이 생성되지 않도록 하는 것이 본 출원의 목적인 바, 반응기 내의 용액의 pH가 일정 시간 이상 5 이상으로 유지되지 않도록 하여 상기 목적을 달성할 수 있다. 따라서, 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가되는 동안 용액의 국소적인 부분에서 pH가 5 이상으로 상승하는 경우, 또는 용액 내의 pH가 5 이상으로 상승하였다가 일정 시간이 경과되기 전에 5 이하로 하강하는 경우는 본 출원의 목적을 달성하는데 영향을 미치지 않으므로, 이와 같은 경우에도 본 출원의 범위에 속함이 분명하다.
(2) 혼합 용액의 pH가 5 이하로 유지되어야 한다.
휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 하이드록시아파타이트 결정을 생성하지 않기 위해서는, 반응기 내의 용액의 pH가 5 이하로 유지되어야 한다.
전술한 바와 유사하게, 하이드록시아파타이트 결정이 생성되지 않도록 하는 것이 본 출원의 목적인 바, 양이온 공급 물질의 첨가 후, 반응기 내의 용액, 즉, 혼합 용액 pH가 일정 시간 이상 5 이상으로 유지되지 않도록 하여, 상기 기술된 목적을 달성할 수 있다. 따라서, 양이온 공급 물질이 첨가된 후 용액의 pH가 5 이상에서 일정 시간이 경과되기 전에 5 이하로 하강하는 경우는 본 발명의 목적을 달성하는데 영향을 미치지 않으므로, 이와 같은 경우에도 본 출원의 범위에 속함이 분명하다.
반응기 내의 용액의 pH는 용액의 온도에 따라서 달라질 수 있는 바, 반응기 내의 용액의 pH를 5 이하로 억제하기 위하여 용액의 온도가 고려될 수 있다.
하이드록시아파타이트 결정이 생성되지 않도록 하는 것이 본 출원의 목적인 바, 양이온 공급 물질의 첨가 후, 혼합 용액의 온도가 하이드록시아파타이트 결정이 생성되기 적합한 온도가 아닌 경우에는, 반응기 내의 용액의 pH는 5 이상일 수 있다. 이때, 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 반응기 내의 온도가 하이드록시아파타이트 결정이 생성되기 적합한 온도로 조절되는 경우에는, 반응기 내의 용액의 pH는 5 이하로 억제되어야 한다.
예를 들어, 혼합 용액의 온도가 하이드록시아파타이트 결정이 생성되기 적합한 온도가 아닐 때 반응기 내의 용액의 pH가 5 이상이고, 이후에 용액의 온도가 증가되면서 반응기 내의 용액의 pH가 5 이하로 억제되더라도, 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 하이드록시아파타이트 결정이 생성되지 않도록 하는 본 출원의 목적을 달성할 수 있는 경우에는 본 출원의 범위에 속한다 할 것이다.
전술한 바에 따르면, 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 하이드록시아파타이트 결정의 생성은, 반응기 내의 용액의 pH, 원료 물질을 일부 포함한 용액이 염기성 조건에서 유지되는 시간, 용액의 온도에 영향을 받을 수 있다. 따라서, 상기 기술된 영향을 미치는 요소들을 적절히 조절하여 본 출원의 목적을 달성할 수 있는 경우, 본 출원의 범위에 속한다.
혼합 용액의 pH가 5 이하로 유지되기 위해서는, 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 사용되는 원료 물질들의 양이 적절히 선택되어야 한다. 즉, 사용되는 인산 이온 공급 물질, 칼슘 이온 공급 물질, 및 마그네슘 이온 공급 물질의 각각의 양은 혼합 용액의 pH가 5 이하로 되도록 결정되어야 한다.
이때, 전술한 바와 같이, 인산 이온, 칼슘 이온, 및 마그네슘 이온의 공급은 다양한 방식으로 이루어질 수 있으므로, 사용되는 원료 물질들의 양은 다양한 단위로 치환되어 표현될 수 있다.
일 예로, 제1 양의 인산 이온 공급 물질이 첨가된 산성 용액에 고체의 칼슘 이온 공급 물질, 및 고체의 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가되는 경우, 제2 양의 칼슘 이온 공급 물질 및 제3 양의 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가될 수 있다. 이 경우, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 제1 양, 제2 양, 및 제3 양은 혼합 용액의 pH가 5 이하가 되도록 적절히 선택되어야 한다. 예를 들어, 제1 양, 제2 양, 및 제3 양은 각각 질량 단위 또는 몰의 단위로 표현될 수 있다.
이때, 질량 단위 또는 몰의 단위는 용액의 부피에 대한 정보가 포함되지 않은 단위이다. 따라서, 적절한 값의 이온 공급 물질의 양을 선택하기 위해서 각각의 이온 공급 물질이 첨가된 후의 용액의 부피가 고려될 수 있다. 일 예로, 적절한 값의 제1 양을 선택하기 위하여 산성 용액의 부피 또는 혼합 용액의 부피가 고려될 수 있다. 일 예로, 적절한 값의 제2 양을 선택하기 위해서 혼합 용액의 부피가 고려될 수 있다. 일 예로, 적절한 값의 제3 양을 선택하기 위해서 혼합 용액의 부피가 고려될 수 있다. 이와 같은 경우에도, 제1 양, 제2 양, 및 제3 양은 혼합 용액의 pH가 5 이하가 되도록 적절히 선택되어야 한다.
다른 예로, 제1 양의 인산 이온 공급 물질이 첨가된 산성 용액에, 제2 양의 칼슘 공급 물질 및 제3 양의 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가된 염기성 용액이 첨가될 수 있다. 이 경우, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 제1 양, 제2 양, 및 제3 양은 혼합 용액의 pH가 5 이하가 되도록 적절히 선택되어야 한다.
이때, 산성 용액에서 인산 이온 공급 물질은 인산 이온 및 인산 이온이 아닌 다른 이온으로 이온화되고, 산성 용액은 인산 이온 및 다른 이온을 포함한다. 제2 용액에서 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질은 이온화되며, 제2 용액은 칼슘 이온, 마그네슘 이온, 및 다른 이온들을 포함한다.
즉, 다시 말하면, 제1 농도의 인산 이온이 포함된 산성 용액에 제2 농도의 칼슘 이온 및 제3 농도의 마그네슘 이온이 포함된 염기성 용액이 첨가될 수 있다. 이 경우, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 제1 농도, 제2 농도, 및 제3 농도는 혼합 용액의 pH가 5 이하가 되도록 적절히 선택되어야 한다. 또한, 산성 용액의 부피 및 염기성 용액의 부피는 혼합 용액의 pH에 영향을 미치므로, 적절한 값의 제1 농도, 제2 농도, 및 제3 농도를 선택하기 위하여 산성 용액의 부피, 염기성 용액의 부피, 및/또는 혼합 용액의 부피가 고려될 수 있다.
또 다른 예로, 제1 양의 인산 이온 공급 물질이 첨가된 산성 용액에, 제2 양의 칼슘 공급 물질이 첨가된 제1 염기성 용액, 및 제3 양의 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가된 제2 염기성 용액이 첨가될 수 있다. 다시 말하면, 제1 농도의 인산 이온이 포함된 산성인 용액에, 제2 농도의 칼슘 이온이 포함된 제1 염기성 용액 및 제3 농도의 마그네슘 이온이 포함된 제2 염기성 용액이 첨가될 수 있다. 이 경우, 전술한 바와 유사하게, 제1 농도, 제2 농도, 및 제3 농도는 혼합 용액의 pH가 5 이하가 되도록 적절히 선택되어야 한다. 전술한 바와 유사하게, 적절한 값의 제1 농도, 제2 농도, 및 제3 농도를 선택하기 위하여 산성 용액의 부피, 제1 염기성 용액의 부피, 제2 염기성 용액의 부피, 및/또는 혼합 용액의 부피가 고려될 수 있다.
이에 더하여, 인산 이온, 칼슘 이온, 및 마그네슘 이온의 공급은 다양한 방식으로 이루어질 수 있으므로, 위 기술되지 않은 방식에 따라 인산 이온, 칼슘 이온, 및 마그네슘 이온의 공급이 이루어지는 경우에는 해당 방식에 맞는 적절한 파라미터들이 인산 이온 공급 물질, 칼슘 이온 공급 물질, 및 마그네슘 이온 공급 물질의 양을 결정하는데 사용될 수 있다. 허나 이 경우에도, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 휘트록카이트 제조 과정에서 사용되는 인산 이온 공급 물질, 칼슘 이온 공급 물질, 및 마그네슘 이온 공급 물질의 양은 혼합 용액의 pH가 5 이하가 되도록 적절히 선택되어야 한다.
하기에서, 본 출원에 의해 제공되는 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법의 실시예를 개시한다. 그러나, 전술한 바와 같이, 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 인산 이온, 칼슘 이온, 및 마그네슘 이온의 공급은 다양한 방식으로 수행될 수 있으므로, 본 출원의 범위는 하기의 실시예에 한정되지 아니한다. 당업계에서 통상적으로 이루어지는 방법을 통해 인산 이온, 칼슘 이온, 또는 마그네슘 이온의 공급이 이루어지는 경우, 본 출원의 범위에 속한다고 할 것이다.
실시예
본 출원의 목적을 달성하기 위하여, 즉, 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 하이드록시아파타이트 결정이 생성되지 않도록 하기 위하여, 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 반응기 내의 용액의 pH는 5 이하로 유지되어야 한다. 전술한 바와 같이, 반응기 내의 용액의 pH를 5 이하로 유지하기 위하여, 인산 이온 공급 물질을 포함하는 산성 용액에 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가되어야 하며, 원료 물질들의 첨가가 모두 종료된 후 혼합 용액의 pH는 5 이하로 유지되어야 한다.
이에 본 출원에서는, 전술한 조건을 달성할 수 있는 하기의 실시예를 제공한다.
제1 실시예
본 출원의 일 실시예에 따르면,
(i) 반응기에 제1 양의 인산 이온 공급 물질이 첨가된 산성인 제1 용액을 준비함(S1000);
(ii) 제1 용액이 포함된 반응기에 제2 양의 칼슘 이온 공급 물질 및 제3 양의 마그네슘 이온 공급 물질을 첨가함(S3000); 및
(iii) 반응기 내의 용액을 교반함(S4000)을 포함하는,
하이드록시아파타이트 결정의 생성 없이 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공된다.
(i) 반응기에 제1 양의 인산 이온 공급 물질이 첨가된 산성인 제1 용액을 준비함 (S1000)
본 출원의 일 실시예에 따르는 방법은, '반응기에 제1 양의 인산 이온 공급 물질이 첨가된 산성인 제1 용액을 준비함(S1000)'을 포함한다.
이때, 일 실시예에 따르면, 상기 인산 이온 공급 물질은 인산(phosphoric acid), 디암모늄 하이드로겐 포스페이트(diammonium hydrogen phosphate), 암모늄 포스페이트(ammonium phosphate) 및 인산염(phosphate) 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 인산 이온 공급 물질은 인산(phosphoric acid)일 수 있다.
이때, 일 실시예에 따르면, 상기 제1 양은 제1 질량 또는 제1 몰일 수 있다. 전술한 바와 같이, 질량 또는 몰의 단위는 용액의 부피에 대한 정보를 포함하지 않는 바, 제1 양이 결정되기 위하여 제1 용액의 부피 또는 후에 제조될 혼합 용액의 부피가 고려될 수 있다.
소정의 부피의 용액에 제1 양의 인산 이온 공급 물질을 첨가하여 제1 용액이 제조된다. 소정의 부피의 용액에 첨가된 인산 이온 공급 물질은 인산 이온과, 인산 이온이 아닌 다른 이온으로 이온화된다. 예를 들어, 소정의 부피의 용액에 인산(phosphoric acid)가 첨가되는 경우, 첨가된 인산(phosphoric acid)은 수소 이온(H+), 디하이드로젠 포스페이트 이온(H2PO4 -), 하이드로젠포스페이트 이온(HPO4 2-), 및 인산 이온(PO4 3-)로 이온화된다.
제1 용액에서 인산 이온 공급 물질이 인산 이온으로 이온화되는 정도는 인산 이온 공급 물질의 양, 인산 이온 공급 물질의 이온화도, 제1 용액이 포함하는 화합물 또는 이온의 종류, 및 각각의 화합물 또는 이온의 양, 및/또는 용액의 온도에 의해 변화된다. 또는, 후술할 혼합 용액에서 인산 이온 공급 물질이 인산 이온으로 이온화되는 정도는 인산 이온 공급 물질의 이온화도, 혼합 용액이 포함하는 화합물 또는 이온의 종류, 및 각각의 화합물 또는 이온의 양, 및/또는 용액의 온도에 의해 변화된다.
이때, 상기 인산 이온 공급 물질이 첨가된 제1 용액은 산성 용액이다. 즉, 제1 용액의 pH는 5 이하이다. 일 실시예에 따르면, 인산 이온 공급 물질이 첨가된 제1 용액의 pH는 약 5, 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 2, 1.5, 또는 1 이하일 수 있다.
이때, 일 실시예에 따르면, 상기 제1 용액의 온도는 약 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 또는 100°C 일 수 있으나, 본 출원의 목적을 달성할 수 있는 경우 달리 제한되지 않는다.
본 출원의 목적을 달성하기 위해서, 제1 양은 후술할 (ii)에서 첨가되는 칼슘 공급 물질의 양인 제2 양, 및 마그네슘 공급 물질의 양인 제3 양과 함께 고려되어 결정되어야 한다. 이에, 제1 양, 제2 양, 및 제3 양의 관계는 하기의 (ii)에 개시된다.
(ii) 제1 용액이 포함된 반응기에 제2 양의 칼슘 이온 공급 물질 및 제3 양의 마그네슘 이온 공급 물질을 첨가함 (S3000)
전술한 바와 같이, 반응기 내의 용액의 pH를 5 이하로 유지하여 하이드록시아파타이트 결정을 생성하지 않도록 하기 위해서, 산성의 용액이 포함된 반응기에 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가되어야 한다.
이에, 본 출원의 일 실시예에 따르는 방법은, '제1 용액이 포함된 반응기에 제2 양의 칼슘 이온 공급 물질 및 제3 양의 마그네슘 이온 공급 물질을 첨가함 (S3000)'을 포함한다.
이때, 제1 용액이 포함된 반응기에 제2 양의 칼슘 이온 공급 물질 및 제3 양의 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가되어 혼합 용액이 제조된다.
상기 칼슘 이온 공급 물질은 수산화 칼슘(Calcium hydroxide), 칼슘 카보네이트(Calcium carbonate), 칼슘 나이트레이트(Calcium nitrate) 및 칼슘 아세테이트(Calcium acetate) 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 칼슘 이온 공급 물질은 수산화 칼슘(Calcium hydroxide)일 수 있다.
상기 마그네슘 이온 공급 물질은 수산화 마그네슘(Magnesium hydroxide), 마그네슘 카보네이트(Magnesium carbonate), 마그네슘 나이트레이트(Magnesium nitrate) 및 마그네슘 아세테이트(Magnesium acetate) 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 마그네슘 이온 공급 물질은 수산화 마그네슘(Magnesium hydroxide)일 수 있다.
이때, 일 실시예에 따르면, 상기 제2 양은 제2 질량 또는 제2 몰일 수 있다. 전술한 바와 같이, 질량 또는 몰의 단위는 용액의 부피에 대한 정보를 포함하지 않는 바, 제2 양이 결정되기 위하여 혼합 용액의 부피가 고려될 수 있다.
이때, 일 실시예에 따르면, 상기 제3 양은 제3 질량 또는 제3 몰일 수 있다. 전술한 바와 같이, 질량 또는 몰의 단위는 용액의 부피에 대한 정보를 포함하지 않는 바, 제3 양이 결정되기 위하여 혼합 용액의 부피가 고려될 수 있다.
고순도의 휘트록카이트 결정이 합성되기 위해서, 칼슘 이온 공급 물질의 양인 제2 양과 마그네슘 이온 공급 물질의 양인 제3 양은 적절한 값으로 선택되어야 한다. 본 출원의 일 실시예에 따르면, 제2 양이 제2 몰이고, 제3 양이 제3 몰인 경우, 제3 몰은 제2 몰의 25% 이상 45% 이하일 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따르면, 제3 몰은 제2 몰의 30% 이상 40% 이하일 수 있다. 바람직하게는, 본 출원의 일 실시예에 따르면, 제3 몰은 제2 몰의 33% 이상 40% 이하일 수 있다.
칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가된 혼합 용액에서, 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질을 칼슘 이온, 마그네슘 이온, 및 다른 이온들로 이온화된다. 예를 들어, 수산화 칼슘(Ca(OH)2) 및 수산화 마그네슘(Mg(OH)2)이 첨가된 경우, 혼합 용액에서, 수산화 칼슘은 칼슘 이온(Ca2+) 및 하이드록사이드(OH-)로 이온화되며, 수산화 마그네슘은 마그네슘이온(Mg2+) 및 하이드록사이드(OH-)로 이온화된다.
혼합 용액에서 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질이 칼슘 이온 및 마그네슘 이온으로 이온화되는 정도는 칼슘 이온 공급 물질의 양 및 마그네슘 이온 공급 물질의 양, 칼슘이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질의 이온화도, 혼합 용액이 포함하는 화합물 또는 이온의 종류, 및 각각의 화합물 또는 이온의 양, 및/또는 용액의 온도에 의해 변화된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는, 반응기 내의 용액의 pH가 5 이하로 유지되어야 한다. 즉, 휘트록카이트 결정의 제조에 사용되는 원료 물질이 모두 첨가된 후의 용액인 혼합 용액의 pH가 5 이하로 유지되어야 한다.
첨가되는 인산 이온 공급 물질의 양, 칼슘 이온 공급 물질의 양, 및 마그네슘 이온 공급 물질의 양의 관계에 따라 혼합 용액의 pH가 결정된다. 따라서, 혼합 용액의 pH가 5 이하가 되도록 제1 양, 제2 양, 및 제3 양의 관계가 결정되어야 하며, 결정된 관계에 기초하여 제1 양, 제2 양, 및 제3양은 적절한 값으로 선택되어야 한다. 이때, 인산 이온 공급 물질이 혼합 용액에서 이온화 되는 정도, 칼슘 이온 공급 물질이 혼합 용액에서 이온화되는 정도, 및 마그네슘 이온 공급 물질이 혼합 용액에서 이온화 되는 정도는 혼합 용액의 pH에 영향을 미칠 수 있으므로, 각각의 이온 공급 물질이 혼합 용액에서 이온화 되는 정도가 고려되어, 혼합 용액의 pH가 5 이하가 되도록, 제1 양, 제2 양, 및 제3 양의 관계가 결정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 하이드록시아파타이트 결정이 생성되지 않도록 하는 것이 본 출원의 목적인 바, 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가되는 동안 용액의 국소적인 부분에서 pH가 5 이상으로 상승하는 경우, 또는 용액 내의 pH가 5 이상으로 상승하였다가 일정 시간이 경과되기 전에 5 이하로 하강하는 경우 또한 본 출원의 범위에 속한다.
일 실시예에 따르면, 제1 타임포인트에서 제1 용액이 포함된 반응기에 양이온 공급 물질의 첨가가 시작되고, 제1 타임포인트에서 제2 시간이 경과된 직후의 반응기 내의 용액의 pH는 5.5, 5, 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 또는 2 이하일 수 있다. 바람직하게는, 제1 타임포인트에서 제2 시간이 경과된 직후의 반응기 내의 용액의 pH는 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 또는 2 이하일 수 있다.
이때, 일 실시예에 따르면, 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질을 첨가하는 동안, 상기 반응기 내의 용액은 교반될 수 있다. 상기 반응기 내의 용액에 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질을 첨가하는 동안, 반응기 내의 용액에 포함된 물질은 교반을 통해 적절하게 혼합될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 칼슘 이온 공급물질 및 마그네슘 이온 공급물질은 제1 용액이 포함된 반응기로 첨가된다. 이때 칼슘 이온 공급물질과 마그네슘 이온 공급물질은 각각 별개로 첨가될 수 있거나, 함께 첨가될 수 있다.
양이온 공급 물질의 첨가 방법, 즉, 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질의 첨가 방법은 달리 제한되지 않고, 당업계에서 통상적으로 사용되는 방법에 의해 첨가될 수 있다.
일 예로, 제1 용액에 고체의 칼슘 이온 공급 물질 및 고체의 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가될 수 있다.
일 예로, 제1 용액에 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가된 제2 용액이 첨가될 수 있다.
일 예로, 제1 용액에 칼슘 이온 공급 물질이 첨가된 제3 용액, 및 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가된 제4 용액이 첨가될 수 있다.
일 예로, 제1 용액에 칼슘 이온 공급 물질이 첨가된 제3 용액, 및 고체의 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가될 수 있다.
일 예로, 제1 용액에 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가된 제4 용액, 및 고체의 칼슘 이온 공급 물질이 첨가될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 칼슘 이온 공급물질은 반응기 내의 용액으로 제1 시간동안 첨가될 수 있다. 일 실시예 따르면, 제1 시간은 1200, 1100, 1000, 900, 800, 700, 600, 500, 400, 350, 300, 260, 220, 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 시간은 1200, 1100, 1000, 900, 800, 700, 600, 500, 400, 350, 300, 260, 220, 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초 이하일 수 있다. 특정한 실시예에서, 제1 시간은 약 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초일 수 있다. 특정한 실시예에서, 제1 시간은 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초 이하일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 마그네슘 이온 공급물질은 반응기 내의 용액으로 제2 시간동안 첨가될 수 있다. 일 실시예 따르면, 제2 시간은 1200, 1100, 1000, 900, 800, 700, 600, 500, 400, 350, 300, 260, 220, 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 시간은 1200, 1100, 1000, 900, 800, 700, 600, 500, 400, 350, 300, 260, 220, 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초 이하일 수 있다. 특정한 실시예에서, 제2 시간은 약 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초일 수 있다. 특정한 실시예에서, 제2 시간은 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초 이하일 수 있다.
(iii) 반응기 내의 용액을 교반함 (S4000)
본 출원의 일 실시예에 따르는, 휘트록카이트 결정을 제조하기 위한 상기 방법은 '(iv) 반응기 내의 용액을 교반함(S4000)'을 포함한다. 본 과정은 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 용액을 숙성시키는 과정을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 반응기 내의 용액은 산성 조건으로 유지되어야 한다. 일 실시예에 따르면, 반응기 내의 용액의 pH는 5.5, 5, 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 또는 2 이하일 수 있다. 바람직하게는, 반응기 내의 용액의 pH는 4.5, 4, 3.5, 3, 또는 2.5 이하일 수 있다.
종래 기술에 개시된 방법에 따를 때, 하이드록시아파타이트 결정이 필수적으로 생성되야 하므로, 반응기 내의 용액은 휘트록카이트 결정의 제조에 필요한 원료 물질을 일부 포함한 상태에서 일정 시간 이상 염기성 조건을 유지하여야 한다. 따라서, 종래 기술에 개시된 방법은 염기성 용액에 산성인 인산 용액을 첨가하고, 인산 용액의 첨가 속도를 억제하여, 반응기 내의 용액이 일정 시간 이상 염기성 조건을 유지하도록 하였다.
반면에, 본 출원에 의해 제공되는 방법에 의하면, 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 하이드록시아파타이트 결정의 생성 없이 휘트록카이트 결정이 제조된다. 따라서, 본 출원에 의해 제공되는 방법에 의하면, 반응기 내의 용액이 원료 물질을 포함한 상태에서 일정 시간 이상 염기성 조건을 유지할 필요가 없다.
일 실시예에 따르면, 제2 타임포인트에서 제1 용액이 포함된 반응기에 양이온 공급 물질의 첨가가 종료되고, 제2 타임포인트에서 제3 시간이 경과된 직후의 반응기 내의 용액의 pH는 5.5, 5, 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 또는 2 이하일 수 있다. 바람직하게는, 제2 타임포인트에서 제3 시간이 경과된 직후의 반응기 내의 용액의 pH는 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 또는 2 이하일 수 있다.
휘트록카이트 결정을 제조하기 위하여, 양이온 공급 물질의 첨가가 종료된 후, 반응기 내의 용액에 포함된 물질은 교반을 통해 적절하게 혼합될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이때, 상기 반응기 내의 용액은 약 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 또는 100°C에서 교반될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 반응기 내의 용액은 20 이상 100°C 이하에서 교반될 수 있다. 바람직하게는, 상기 반응기 내의 용액은 50 이상 90°C 이하에서 교반될 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 반응기 내의 용액은 70 이상 90°C 이하에서 교반될 수 있다.
일 실시예에 따르면, (iii) 상기 반응기 내의 용액을 교반함(S4000)은 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 28, 32, 36, 40, 45, 또는 50 시간 동안, 또는 전술한 시간 값 이상 동안 수행될 수 있다. 특정한 실시예에서, (iii) 상기 반응기 내의 용액을 교반함(S4000)은 약 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 또는 24 시간 동안, 또는 전술한 시간 값 이상 동안 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 반응기 내의 용액의 pH가 전술한 pH값이 되도록, 용액의 pH를 조절할 수 있는 물질들이 더 첨가될 수 있다.
전술한 바와 같이, 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질은 다양한 방식으로 산성인 제1 용액에 첨가될 수 있다. 하기에서, 양이온 공급 물질의 첨가가, 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가된 염기성 용액의 첨가를 통해 수행되는 경우의 실시예가 개시된다.
(iv) 선택적으로 포함될 수 있는 단계
이하에서는, 제1 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법에 선택적으로 포함될 수 있는 단계에 대하여 설명한다. 예를 들어, 상기 제1 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법은 결과물을 세척하는 단계, 결과물을 건조하는 단계, 및 결과물을 분쇄하는 단계 등을 선택적으로 더 포함할 수 있다. 이때 상기 세척은 반응이 끝난 후 용액 내에 잔류한 이온들을 제거하기 위해 수행될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 제1 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법은 (iii)으로부터 수득된 결과물을 세척함을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법은 (iii)으로부터 수득된 결과물을 건조함을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법은 (iv) (iii)으로부터 수득된 결과물을 세척함; 및 (v) (iv)로부터 수득된 결과물을 건조함을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 세척은 결과물 내의 고체를 여과하는 방식을 통해 수행될 수 있으나 달리 제한되지 않는다. 예를 들어, 세척은 필터 프레스를 통해 결과물 내의 고체를 여과하고 결과물 내의 액체 또는 액체 내에 잔류한 이온들을 제거하는 방식으로 수행될 수 있다.
본 실시예(제1 실시예)에 따른 방법을 통해, 휘트록카이트가 제조될 수 있다. 본 실시예에 따른 방법을 통해 제조된 결정을 XRD로 분석하는 경우, 제조된 결정의 90wt% 이상은 휘트록카이트 결정으로 확인될 수 있다. 일 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 제조된 결정의 XRD 분석 결과는 상기 제조된 결정의 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 또는 99.9wt% 이상이 휘트록카이트 결정임을 나타낼 수 있다. 특정한 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 제조된 결정의 XRD 분석 결과는 상기 제조된 결정의 99wt% 또는 99.9wt% 이상이 휘트록카이트 결정임을 나타낼 수 있다. 특정한 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 제조된 결정의 XRD 분석 결과는 상기 제조된 결정의 100wt% 가 휘트록카이트 결정임을 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 생성된 고체의 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 또는 99.9wt% 이상은 휘트록카이트 결정일 수 있다. 특정한 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 생성된 고체의 99 또는 99.9wt% 이상은 휘트록카이트 결정일 수 있다. 특정한 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 생성된 고체는 모두 휘트록카이트 결정일 수 있다.
제2 실시예
양이온 공급 물질의 첨가는 다양한 방법을 통해 수행될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 양이온 공급 물질의 첨가는 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가된 제2 용액을 첨가하는 방식을 통해 수행될 수 있다.
인산 이온 공급 물질은 용액 내에서 인산 이온 및 다른 이온으로 이온화되고, 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질은 용액 내에서 칼슘 이온, 마그네슘 이온, 및 다른 이온으로 이온화된다.
본 출원에서는,
(i) 반응기에 제1 농도의 인산 이온을 포함하는, 산성인 제1 용액을 준비함(S1100);
(ii) 제2 농도의 칼슘 이온 및 제3 농도의 마그네슘 이온을 포함하는 염기성인 제2 용액을 준비함(S2100);
(iii) 산성인 제1 용액이 포함된 반응기에 염기성인 제2 용액을 첨가함(S3100); 및
(iv) 반응기 내의 용액을 교반함(S4100)을 포함하는,
하이드록시아파타이트 결정의 생성 없이 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공된다.
(i) 반응기에 제1 농도의 인산 이온을 포함하는, 산성인 제1 용액을 준비함(S1100)
본 출원의 일 실시예에 따르는 방법은, '반응기에 제1 농도의 인산 이온을 포함하는, 산성인 제1 용액을 준비함(S1100)'을 포함한다.
이때, 일 실시예에 따르면, 제1 농도는 제1 몰농도일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 당업계에서 통상적으로 쓰는 농도의 단위로 표현될 수 있다.
소정의 부피의 용액에 인산 이온 공급 물질이 첨가되어 제1 용액이 제조될 수 있다. 소정의 부피의 용액에 첨가된 인산 공급 물질은 인산 이온과, 인산 이온이 아닌 다른 이온으로 이온화된다. 따라서, 제1 용액은 제1 농도의 인산 이온을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 농도의 인산 이온을 포함하는 제1 용액은 소정의 부피의 용액에 제1 양의 인산(phosphoric acid)을 첨가하여 제조될 수 있다.
제1 용액에서, 인산 이온 공급 물질이 인산 이온으로 이온화되는 정도는 인산 이온 공급 물질의 양, 인산 이온 공급 물질의 이온화도, 제1 용액이 포함하는 화합물 또는 이온의 종류, 및 각각의 화합물 또는 이온의 양, 및/또는 용액의 온도에 의해 변화된다. 또는, 후술할 혼합 용액에서 인산 이온 공급 물질이 인산 이온으로 이온화되는 정도는 인산 이온 공급 물질의 양, 인산 이온 공급 물질의 이온화도, 혼합 용액이 포함하는 화합물 또는 이온의 종류, 및 각각의 화합물 또는 이온의 양, 및/또는 용액의 온도에 의해 변화된다.
이때, 제1 농도의 인산 이온을 포함하는 제1 용액은 산성 용액이다. 즉, 제1 용액의 pH는 5 이하이다. 일 실시예에 따르면, 제1 용액의 pH는 약 5, 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 2, 1.5, 또는 1 이하일 수 있다.
이때, 일 실시예에 따르면, 상기 제1 용액의 온도는 약 10, 15, 20, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 또는 100°C 일 수 있으나, 본 출원의 목적을 달성할 수 있는 경우 달리 제한되지 않는다.
본 출원의 목적을 달성하기 위해서, 제1 농도는 후술할 (iii)에서 첨가되는 칼슘 이온의 농도인 제2 농도, 및 마그네슘 이온의 농도인 제3 농도와 함께 고려되어 결정되어야 한다. 이에, 제1 농도, 제2 농도, 및 제3 농도의 관계는 하기의 (iii)에 개시된다.
(ii) 제2 농도의 칼슘 이온 및 제3 농도의 마그네슘 이온을 포함하는 염기성인 제2 용액을 준비함(S2100)
이어서, 상기 방법은 '제2 농도의 칼슘 이온 및 제3 농도의 마그네슘 이온을 포함하는 염기성인 제2 용액을 준비함(S2100)'을 포함한다.
이때, 일 실시예에 따르면, 제2 농도는 제2 몰농도일 수 있고, 제3 농도는 제3 몰농도일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 당업계에서 통상적으로 쓰이는 농도의 단위로 표현될 수 있다.
소정의 부피의 용액에 제2 양의 칼슘 이온 공급 물질 및 제3 양의 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가되어 제2 용액이 제조될 수 있다. 첨가된 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질은 칼슘 이온, 마그네슘 이온, 및 다른 이온으로 이온화된다. 따라서, 제2 용액은 제2 농도의 칼슘 이온 및 제3 농도의 마그네슘 이온을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 농도의 칼슘 이온 및 제3 농도의 마그네슘 이온을 포함하는 제2 용액은 소정의 부피의 용액에 제2 양의 수산화칼슘 및 제3 양의 수산화마그네슘을 첨가하여 제조될 수 있다.
제2 용액에서 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질이 칼슘 이온 및 마그네슘 이온으로 이온화되는 정도는 칼슘 이온 공급 물질의 양 및 마그네슘 이온 공급 물질의 양, 칼슘이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질의 이온화도, 제2 용액이 포함하는 화합물 또는 이온의 종류, 각각의 화합물 또는 이온의 양, 및/또는 용액의 온도에 의해 변화된다. 또는, 후술할 혼합 용액에서 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질이 칼슘 이온 및 마그네슘 이온으로 이온화되는 정도는 칼슘 이온 공급 물질의 양 및 마그네슘 이온 공급 물질의 양, 칼슘이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질의 이온화도, 혼합 용액이 포함하는 화합물 또는 이온의 종류, 및 각각의 화합물 또는 이온의 양, 및/또는 용액의 온도에 의해 변화된다.
이때, 제2 농도의 칼슘 이온 및 제3 농도의 마그네슘 이온을 포함하는 제2 용액은 염기성 용액이다. 즉, 제2 용액의 pH는 7 이상이다. 일 실시예에 따르면, 제2 용액의 pH는 8, 8.5, 9, 9.5, 10, 10.5, 11, 11.5, 12, 12.5, 또는 13 이상일 수 있다.
고순도의 휘트록카이트 결정이 합성되기 위해서, 칼슘 이온 농도와 마그네슘 이온의 농도는 적절한 값으로 선택되어야 한다. 본 출원의 일 실시예에 따르면, 제2 용액에서 마그네슘 이온의 농도인 제3 농도는 칼슘 이온의 농도인 제2 농도의 25% 이상 45% 이하일 수 있다. 본 출원의 일 실시예에 따르면, 제3 농도는 제2 농도의 30% 이상 40% 이하일 수 있다. 바람직하게는, 본 출원의 일 실시예에 따르면, 제3 농도는 제2 농도의 33% 이상 40% 이하일 수 있다.
이때, 일 실시예에 따르면, 상기 제2 용액의 온도는 약 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 또는 100°C 일 수 있으나, 본 출원의 목적을 달성할 수 있는 경우 달리 제한되지 않는다.
(iii) 산성인 제1 용액이 포함된 반응기에 염기성인 제2 용액을 첨가함(S3100)
전술한 바와 같이, 반응기 내의 용액의 pH를 5 이하로 유지하여 하이드록시아파타이트 결정을 생성하지 않도록 하기 위해서, 산성의 용액이 포함된 반응기에 염기성의 용액이 첨가되어야 한다.
이에, 본 출원의 일 실시예에 따르는 방법은, '산성인 제1 용액이 포함된 반응기에 염기성인 제2 용액을 첨가함(S3100)'을 포함한다.
이때, 제1 용액은 제1 농도의 인산 이온을 포함하며, 제2 용액은 제2 농도의 칼슘 이온 및 제3 농도의 마그네슘 이온을 포함한다.
이때, 제1 용액이 포함된 반응기에 제2 용액이 첨가되어, 제1 용액과 제2 용액이 혼합된 혼합 용액이 제조된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는, 반응기 내의 용액의 pH가 5 이하로 유지되어야 한다. 즉, 제1 용액과 제2 용액이 혼합된 혼합 용액의 pH가 5 이하로 유지되어야 한다.
이때, 제1 용액에 포함된 인산 이온의 농도, 제2 용액에 포함된 칼슘 이온의 농도 및 마그네슘 이온의 농도는 혼합 용액의 pH에 영향을 미친다. 따라서, 혼합 용액의 pH가 5 이하가 되도록 제1 농도, 제2 농도, 및 제3 농도의 관계가 결정되어야 하며, 결정된 관계에 기초하여 제1 농도, 제2 농도, 및 제3 농도는 적절한 값으로 선택되어야 한다.
(i)에서 제1 용액을 제조하기 위하여 첨가된 인산 이온 공급 물질이 혼합 용액에서 이온화되는 정도, (ii)에서 제2 용액을 제조하기 위하여 첨가된 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질이 혼합 용액에서 이온화되는 정도는 혼합 용액의 pH에 영향을 미칠 수 있으므로, 각각의 이온 공급 물질이 혼합 용액에서 이온화 되는 정도가 고려되어, 혼합 용액의 pH가 5 이하가 되도록, 제1 농도, 제2 농도, 및 제3 농도의 관계가 결정될 수 있다.
혼합 용액의 pH에 제1 용액의 부피 및 제2 용액의 부피 또한 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 제1 용액의 부피 및 제2 용액의 부피가 고려되어, 혼합 용액의 pH가 5 이하가 되도록, 제1 농도, 제2 농도, 및 제3 농도의 관계가 결정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 하이드록시아파타이트 결정이 생성되지 않도록 하는 것이 본 출원의 목적인 바, 제1 용액에 제2 용액이 첨가되는 동안 반응기 내의 용액의 국소적인 부분에서 pH가 5 이상으로 상승하는 경우, 또는 반응기 내의 용액의 pH가 5 이상으로 상승하였다가 일정 시간이 경과되기 전에 5 이하로 하강하는 경우 또한 본 출원의 범위에 속한다.
일 실시예에 따르면, 제1 타임포인트에서 제1 용액이 포함된 반응기에 제2 용액의 첨가가 시작되고, 제1 타임포인트에서 제2 시간이 경과된 직후의 반응기 내의 용액의 pH는 5.5, 5, 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 또는 2 이하일 수 있다. 바람직하게는, 제1 타임포인트에서 제2 시간이 경과된 직후의 반응기 내의 용액의 pH는 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 또는 2 이하일 수 있다.
제1 용액과 제2 용액의 부피는 달리 제한되지 않는다. 예를 들어, 제1 용액의 부피는 약 1ml, 10ml, 20ml, 50ml, 100ml, 200ml, 500ml, 1L, 2L, 5L, 10L, 100L, 또는 1000L 이상일 수 있으나 달리 제한되지 않는다. 예를 들어, 제2 용액의 부피는 약 1ml, 10ml, 20ml, 50ml, 100ml, 200ml, 500ml, 1L, 2L, 5L, 10L, 100L, 또는 1000L 이상일 수 있으나 달리 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 제1 용액과 제2 용액의 부피 비(제1 용액의 부피/제2 용액의 부피)는 약 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0, 3.2, 3.4, 3.6, 3.8, 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5, 7, 7.5, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 또는 100 등 일수 있으나, 달리 제한되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 제2 용액은 제1 용액이 포함된 반응기로 푸어링(pouring) 방식에 의해 첨가될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 용액은 제1 용액이 포함된 반응기로 일정 시간동안 첨가될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 용액은 제1 용액이 포함된 반응기로 일정 시간 동안 일정한 속도로 첨가될 수 있다. 제2 용액은 당업계에서 통상적으로 사용되는 방식을 통해 첨가될 수 있다.
종래 문헌에 개시된 방법에 따르면, 반응기 내의 용액이 염기성 조건을 일정 시간 이상 유지하여야 하기 때문에, 산성인 용액은 첨가 속도가 억제되어 첨가되거나, 또는 적하 방식을 통해 첨가된다. 종래 문헌에 개시된 바에 따르면, 산성 용액의 첨가는 40분동안 이루어진다.
반면에, 본 출원의 일 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법에 의할 때, 염기성인 제2 용액의 첨가 시간이 억제될 필요가 없다. 따라서, 본 출원에 개시된 방법에 의할 때, 용액의 첨가 시간이 단축되어, 휘트록카이트 결정의 제조에 소요되는 시간이 감소한다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 제2 용액은 제1 용액이 포함된 반응기로 제1 시간동안 첨가될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 시간은 약 1200, 1100, 1000, 900, 800, 700, 600, 500, 400, 350, 300, 260, 220, 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 시간은 1200, 1100, 1000, 900, 800, 700, 600, 500, 400, 350, 300, 260, 220, 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초 이하일 수 있다. 특정한 실시예에서, 제1 시간은 약 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초일 수 있다. 특정한 실시예에서, 제1 시간은 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초 이하일 수 있다.
이때, 일 실시예에 따르면, 제2 용액을 첨가하는 과정에서, 반응기 내의 용액은 교반될 수 있다. 제2 용액을 첨가하는 동안, 반응기 내의 용액에 포함된 물질은 교반을 통해 적절하게 혼합될 수 있다.
(iv) 반응기 내의 용액을 교반함(S4100)
본 출원의 일 실시예에 따르는, 휘트록카이트 결정을 제조하기 위한 상기 방법은 '(iv) 상기 반응기 내의 용액을 교반함(S4100)'을 포함한다. 본 과정은 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 용액을 숙성시키는 과정을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 반응기 내의 용액은 산성 조건으로 유지되어야 한다. 일 실시예에 따르면, 반응기 내의 용액의 pH는 5.5, 5, 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 또는 2 이하일 수 있다. 바람직하게는, 반응기 내의 용액의 pH는 4.5, 4, 3.5, 3, 또는 2.5 이하일 수 있다.
전술한 바와 같이, 종래 기술에 개시된 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 합성하는 경우, 하이드록시아파타이트 결정이 필수적으로 생성되야 하므로, 반응기 내의 용액은 휘트록카이트 결정의 제조에 필요한 원료 물질을 일부 포함한 상태에서 일정 시간 이상 염기성 조건을 유지하여야 한다. 따라서, 종래 기술에 개시된 방법은 염기성 용액에 산성인 인산 용액을 첨가하고, 인산 용액의 첨가 속도를 억제하여, 반응기 내의 용액이 일정 시간 이상 염기성 조건을 유지하도록 하였다.
반면에, 본 출원에 의해 제공되는 방법에 의하면, 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 하이드록시아파타이트 결정의 생성 없이 휘트록카이트 결정이 제조된다. 따라서, 본 출원에 의해 제공되는 방법에 의하면, 반응기 내의 용액이 원료 물질을 포함한 상태에서 일정 시간 이상 염기성 조건을 유지할 필요가 없다.
하이드록시아파타이트 결정이 생성되지 않도록 하는 것이 본 출원의 목적인 바, 일 실시예에 따르면, 제2 용액의 첨가 후, 반응기 내의 용액의 pH가 일정 시간 이상 5 이상으로 유지되지 않도록 하여, 상기 기술된 목적을 달성할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 제2 타임포인트에서 제2 용액의 첨가가 종료되고, 제3 시간이 경과된 직후의 반응기 내의 용액의 pH는 5.5, 5, 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 또는 2 이하일 수 있다. 바람직하게는, 제2 타임포인트에서 제3 시간이 경과된 직후의 반응기 내의 용액의 pH는 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 또는 2 이하일 수 있다.
휘트록카이트 결정을 제조하기 위하여, 제2 용액의 첨가가 종료된 후, 반응기 내의 용액에 포함된 물질은 교반을 통해 적절하게 혼합될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이때, 상기 반응기 내의 용액은 약 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 또는 100°C에서 교반될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 반응기 내의 용액은 20 이상 100°C 이하에서 교반될 수 있다. 바람직하게는, 상기 반응기 내의 용액은 50 이상 90°C 이하에서 교반될 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 반응기 내의 용액은 70 이상 90°C 이하에서 교반될 수 있다.
일 실시예에 따르면, (iv) 반응기 내의 용액을 교반함(S4100)은 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 28, 32, 36, 40, 45, 또는 50 시간 동안, 또는 전술한 시간 값 이상 동안 수행될 수 있다. 특정한 실시예에서, (iv) 반응기 내의 용액을 교반함(S4100)은 약 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 또는 24 시간 동안, 또는 전술한 시간 값 이상 동안 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 반응기 내의 용액의 pH가 전술한 pH값이 되도록, 용액의 pH를 조절할 수 있는 물질들이 더 첨가될 수 있다.
(v) 선택적으로 포함될 수 있는 단계
이하에서는, 제2 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법에 선택적으로 포함될 수 있는 단계에 대하여 설명한다. 예를 들어, 상기 제2 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법은 결과물을 세척하는 단계, 결과물을 건조하는 단계, 및 결과물을 분쇄하는 단계 등을 선택적으로 더 포함할 수 있다. 이때 상기 세척은 반응이 끝난 후 용액 내에 잔류한 이온들을 제거하기 위해 수행될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 제2 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법은 (iv)으로부터 수득된 결과물을 세척함을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법은 (iv)으로부터 수득된 결과물을 건조함을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법은 (v) (iv) 로부터 수득된 결과물을 세척함; 및 (vi) (v)로부터 수득된 결과물을 건조함을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 세척은 결과물 내의 고체를 여과하는 방식을 통해 수행될 수 있으나 달리 제한되지 않는다. 예를 들어, 세척은 필터 프레스를 통해 결과물 내의 고체를 여과하고 결과물 내의 액체 또는 액체 내에 잔류한 이온들을 제거하는 방식으로 수행될 수 있다.
본 실시예(제2 실시예)에 따른 방법을 통해, 휘트록카이트가 제조될 수 있다. 본 실시예에 따른 방법을 통해 제조된 결정을 XRD로 분석하는 경우, 제조된 결정의 90wt% 이상은 휘트록카이트 결정으로 확인될 수 있다. 일 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 제조된 결정의 XRD 분석 결과는 상기 제조된 결정의 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 또는 99.9wt% 이상이 휘트록카이트 결정임을 나타낼 수 있다. 특정한 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 제조된 결정의 XRD 분석 결과는 상기 제조된 결정의 99wt% 또는 99.9wt% 이상이 휘트록카이트 결정임을 나타낼 수 있다. 특정한 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 제조된 결정의 XRD 분석 결과는 상기 제조된 결정의 100wt% 가 휘트록카이트 결정임을 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 생성된 고체의 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 또는 99.9wt% 이상은 휘트록카이트 결정일 수 있다. 특정한 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 생성된 고체의 99 또는 99.9wt% 이상은 휘트록카이트 결정일 수 있다. 특정한 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 생성된 고체는 모두 휘트록카이트 결정일 수 있다.
제3 실시예
본 출원의 다른 실시예에 따르면,
(i) 반응기에 제1 농도의 인산 이온을 포함하는, 산성인 제1 용액을 준비함(S1100);
(ii) 제2 농도의 칼슘 이온을 포함하는 염기성인 제3 용액 및 제3 농도의 마그네슘 이온을 포함하는 염기성인 제4 용액을 준비함(S2200);
(iii) 산성인 제1 용액이 포함된 반응기에 염기성인 제3 용액 및 제4 용액을 첨가함(S3200); 및
(iv) 반응기 내의 용액을 교반함(S4200)을 포함하는,
하이드록시아파타이트 결정의 생성 없이 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공된다.
하기에서, 제3 실시예에 대하여 구체적으로 기술한다. 전술한 실시예와 동일한 내용은 생략한다.
(ii) 제2 농도의 칼슘 이온을 포함하는 염기성인 제3 용액 및 제3 농도의 마그네슘 이온을 포함하는 염기성인 제4 용액을 준비함(S2200);
일 실시예에 따르면, 상기 방법은 '제2 농도의 칼슘 이온을 포함하는 염기성인 제3 용액, 및 제3 농도의 마그네슘 이온을 포함하는 염기성인 제4 용액을 준비함(S2200)'을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제3 용액은 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다. 소정의 부피의 용액에 칼슘 이온 공급 물질이 첨가되어 제3 용액이 제조될 수 있다. 첨가된 칼슘 이온 공급 물질은 칼슘 이온, 및 다른 이온으로 이온화된다. 따라서, 제3 용액은 제2 농도의 칼슘 이온을 포함할 수 있다.
이때, 제2 농도의 칼슘 이온을 포함하는 제3 용액은 염기성 용액이다. 즉, 제3 용액의 pH는 7 이상이다. 일 실시예에 따르면, 제3 용액의 pH는 8, 8.5, 9, 9.5, 10, 10.5, 11, 11.5, 12, 12.5, 또는 13 이상일 수 있다.
이때, 일 실시예에 따르면, 상기 제3 용액의 온도는 약 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 또는 100°C 일 수 있으나, 본 출원의 목적을 달성할 수 있는 경우 달리 제한되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 제4 용액은 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다. 소정의 부피의 용액에 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가되어 제4 용액이 제조될 수 있다. 첨가된 마그네슘 이온 공급 물질은 마그네슘 이온, 및 다른 이온으로 이온화된다. 따라서, 제4 용액은 제3 농도의 마그네슘 이온을 포함할 수 있다.
이때, 제3 농도의 마그네슘 이온을 포함하는 제4 용액은 염기성 용액이다. 즉, 제4 용액의 pH는 7 이상이다. 일 실시예에 따르면, 제4 용액의 pH는 8, 8.5, 9, 9.5, 10, 10.5, 11, 11.5, 12, 12.5, 또는 13 이상일 수 있다.
이때, 일 실시예에 따르면, 상기 제4 용액의 온도는 약 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 또는 100°C 일 수 있으나, 본 출원의 목적을 달성할 수 있는 경우 달리 제한되지 않는다.
(iii) 산성인 제1 용액이 포함된 반응기에 염기성인 제3 용액 및 제4 용액을 첨가함(S3200)
일 실시예에 따르면, 상기 방법은 '산성인 제1 용액이 포함된 반응기에 염기성인 제3 용액 및 제4 용액을 첨가함(S3200)'을 포함할 수 있다.
이때, 제1 용액이 포함된 반응기에 제3 용액 및 제4 용액이 첨가되어, 제1 용액, 제3 용액, 및 제4 용액이 혼합된 혼합 용액이 제조된다.
전술한 바와 같이, 혼합 용액의 pH가 5 이하로 유지되어야 한다.
이때, 제1 용액에 포함된 인산 이온의 농도, 제3 용액에 포함된 칼슘 이온의 농도, 및 제4 용액에 포함된 마그네슘 이온의 농도는 혼합 용액의 pH에 영향을 미친다. 따라서, 혼합 용액의 pH가 5 이하가 되도록 제1 농도, 제2 농도, 제3 농도의 관계가 결정되어야 하며, 결정된 관계에 기초하여, 제1 농도, 제2 농도, 및 제3농도는 적절한 값으로 선택되어야 한다.
(i)에서 제1 용액을 제조하기 위하여 첨가된 인산 이온 공급 물질이 혼합 용액에서 이온화되는 정도, (ii)에서 제3 용액을 제조하기 위하여 첨가된 칼슘 이온 공급 물질 및 제4 용액을 제조하기 위하여 첨가된 마그네슘 이온 공급 물질이 혼합 용액에서 이온화되는 정도는 혼합 용액의 pH에 영향을 미칠 수 있으므로, 각각의 이온 공급 물질이 혼합 용액에서 이온화되는 정도가 고려되어, 혼합 용액의 pH가 5 이하가 되도록, 제1 농도, 제2 농도, 및 제3 농도의 관계가 결정될 수 있다.
혼합 용액의 pH에 제1 용액의 부피, 제3 용액의 부피, 및 제4 용액의 부피 또한 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 제1 용액의 부피, 제3 용액의 부피, 및 제4 용액의 부피가 고려되어, 혼합 용액의 pH가 5 이하가 되도록, 제1 농도, 제2 농도, 및 제3 농도의 관계가 결정될 수 있다.
제1 용액에 제3 용액 및 제4 용액이 첨가되는 동안 반응기 내의 용액의 국소적인 부분에서 pH가 5 이상으로 상승하는 경우, 또는 반응기 내의 용액의 pH가 5 이상으로 상승하였다가 일정 시간이 경과되기 전에 5 이하로 하강하는 경우 또한 본 출원의 범위에 속한다.
제2 실시예에서 전술한 바와 같이, 본 출원의 방법에 사용되는 용액의 부피는 달리 제한되지 않는다. 예를 들어, 제1 용액의 부피는 약 1ml, 10ml, 20ml, 50ml, 100ml, 200ml, 500ml, 1L, 2L, 5L, 10L, 100L, 또는 1000L 이상 일 수 있으나 달리 제한되지 않는다. 예를 들어, 제3 용액의 부피는 약 1ml, 10ml, 20ml, 50ml, 100ml, 200ml, 500ml, 1L, 2L, 5L, 10L, 100L, 또는 1000L 이상일 수 있으나 달리 제한되지 않는다. 예를 들어, 제4 용액의 부피는 약 1ml, 10ml, 20ml, 50ml, 100ml, 200ml, 500ml, 1L, 2L, 5L, 10L, 100L, 또는 1000L 이상일 수 있으나 달리 제한되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 제3 용액은 제1 용액이 포함된 반응기로 푸어링(pouring) 방식에 의해 첨가될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제3 용액은 제1 용액이 포함된 반응기로 일정 시간동안 첨가될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제3 용액은 제1 용액이 포함된 반응기로 일정 시간 동안 일정한 속도로 첨가될 수 있다. 제3 용액은 당업계에서 통상적으로 사용되는 방식을 통해 첨가될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제4 용액은 제1 용액이 포함된 반응기로 푸어링(pouring) 방식에 의해 첨가될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제4 용액은 제1 용액이 포함된 반응기로 일정 시간동안 첨가될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제4 용액은 제1 용액이 포함된 반응기로 일정 시간 동안 일정한 속도로 첨가될 수 있다. 제4 용액은 당업계에서 통상적으로 사용되는 방식을 통해 첨가될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제3 용액은 제1 용액이 포함된 반응기로 제1 시간동안 첨가될 수 있다. 일 실시예 따르면, 제1 시간은 1200, 1100, 1000, 900, 800, 700, 600, 500, 400, 350, 300, 260, 220, 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 시간은 1200, 1100, 1000, 900, 800, 700, 600, 500, 400, 350, 300, 260, 220, 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초 이하일 수 있다. 특정한 실시예에서, 제1 시간은 약 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초일 수 있다. 특정한 실시예에서, 제1 시간은 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초 이하일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제4 용액은 제1 용액이 포함된 반응기로 제2 시간동안 첨가될 수 있다. 일 실시예 따르면, 제2 시간은 1200, 1100, 1000, 900, 800, 700, 600, 500, 400, 350, 300, 260, 220, 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 시간은 1200, 1100, 1000, 900, 800, 700, 600, 500, 400, 350, 300, 260, 220, 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초 이하일 수 있다. 특정한 실시예에서, 제2 시간은 약 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초일 수 있다. 특정한 실시예에서, 제2 시간은 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초 이하일 수 있다.
이때, 일 실시예에 따르면, 제3 용액 및 제4 용액을 첨가하는 과정에서, 반응기 내의 용액은 교반될 수 있다. 제3 용액 및 제4 용액을 첨가하는 동안, 반응기 내의 용액에 포함된 물질은 교반을 통해 적절하게 혼합될 수 있다.
(iv) 반응기 내의 용액을 교반함(S4200)
본 출원의 일 실시예에 따르는, 휘트록카이트 결정을 제조하기 위한 상기 방법은 '(iv) 상기 반응기 내의 용액을 교반함(S4200)'을 포함한다. 본 과정은 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 용액을 숙성시키는 과정을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 반응기 내의 용액은 산성 조건으로 유지되어야 한다. 일 실시예에 따르면, 반응기 내의 용액의 pH는 5.5, 5, 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 또는 2 이하일 수 있다. 바람직하게는, 반응기 내의 용액의 pH는 4.5, 4, 3.5, 3, 또는 2.5 이하일 수 있다.
종래 기술에 개시된 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 합성하는 경우, 하이드록시아파타이트 결정이 필수적으로 생성되야 하므로, 반응기 내의 용액은 휘트록카이트 결정의 제조에 필요한 원료 물질을 일부 포함한 상태에서 일정 시간 이상 염기성 조건을 유지하여야 한다. 따라서, 종래 기술에 개시된 방법은 염기성 용액에 산성인 인산 용액을 첨가하고, 인산 용액의 첨가 속도를 억제하여, 반응기 내의 용액이 일정 시간 이상 염기성 조건을 유지하도록 하였다.
반면에, 본 출원에 의해 제공되는 방법에 의하면, 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 하이드록시아파타이트 결정의 생성 없이 휘트록카이트 결정이 제조된다. 따라서, 본 출원에 의해 제공되는 방법에 의하면, 반응기 내의 용액이 원료 물질을 포함한 상태에서 일정 시간 이상 염기성 조건을 유지할 필요가 없다.
하이드록시아파타이트 결정이 생성되지 않도록 하는 것이 본 출원의 목적인 바, 일 실시예에 따르면, 제3 용액 및 제4 용액의 첨가 후, 반응기 내의 용액의 pH가 일정 시간 이상 5 이상으로 유지되지 않도록 하여, 상기 기술된 목적을 달성할 수 있다.
휘트록카이트 결정을 제조하기 위하여, 제2 용액의 첨가가 종료된 후, 반응기 내의 용액에 포함된 물질은 교반을 통해 적절하게 혼합될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이때, 상기 반응기 내의 용액은 약 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 또는 100°C에서 교반될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 반응기 내의 용액은 20 이상 100°C 이하에서 교반될 수 있다. 바람직하게는, 상기 반응기 내의 용액은 50 이상 90°C 이하에서 교반될 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 반응기 내의 용액은 70 이상 90°C 이하에서 교반될 수 있다.
일 실시예에 따르면, (iv) 반응기 내의 용액을 교반함(S4200)은 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 28, 32, 36, 40, 45, 또는 50 시간 동안, 또는 전술한 시간 값 이상 동안 수행될 수 있다. 특정한 실시예에서, (iv) 반응기 내의 용액을 교반함(S4200)은 약 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 또는 24 시간 동안, 또는 전술한 시간 값 이상 동안 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 반응기 내의 용액의 pH가 전술한 pH값이 되도록, 용액의 pH를 조절할 수 있는 물질들이 더 첨가될 수 있다.
(v) 선택적으로 포함될 수 있는 단계
이하에서는, 제3 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법에 선택적으로 포함될 수 있는 단계에 대하여 설명한다. 예를 들어, 상기 제3 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법은 결과물을 세척하는 단계, 결과물을 건조하는 단계, 및 결과물을 분쇄하는 단계 등을 선택적으로 더 포함할 수 있다. 이때 상기 세척은 반응이 끝난 후 용액 내에 잔류한 이온들을 제거하기 위해 수행될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 제3 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법은 (iv)으로부터 수득된 결과물을 세척함을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제3 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법은 (iv)으로부터 수득된 결과물을 건조함을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제3 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법은 (v) (iv) 로부터 수득된 결과물을 세척함; 및 (vi) (v)로부터 수득된 결과물을 건조함을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 세척은 결과물 내의 고체를 여과하는 방식을 통해 수행될 수 있으나 달리 제한되지 않는다. 예를 들어, 세척은 필터 프레스를 통해 결과물 내의 고체를 여과하고 결과물 내의 액체 또는 액체 내에 잔류한 이온들을 제거하는 방식으로 수행될 수 있다.
본 실시예(제3 실시예)에 따른 방법을 통해, 휘트록카이트가 제조될 수 있다. 본 실시예에 따른 방법을 통해 제조된 결정을 XRD로 분석하는 경우, 제조된 결정의 90wt% 이상은 휘트록카이트 결정으로 확인될 수 있다. 일 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 제조된 결정의 XRD 분석 결과는 상기 제조된 결정의 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 또는 99.9wt% 이상이 휘트록카이트 결정임을 나타낼 수 있다. 특정한 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 제조된 결정의 XRD 분석 결과는 상기 제조된 결정의 99wt% 또는 99.9wt% 이상이 휘트록카이트 결정임을 나타낼 수 있다. 특정한 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 제조된 결정의 XRD 분석 결과는 상기 제조된 결정의 100wt% 가 휘트록카이트 결정임을 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 생성된 고체의 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 또는 99.9wt% 이상은 휘트록카이트 결정일 수 있다. 특정한 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 생성된 고체의 99 또는 99.9wt% 이상은 휘트록카이트 결정일 수 있다. 특정한 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 생성된 고체는 모두 휘트록카이트 결정일 수 있다.
제4 실시예
본 출원에서는,
(i) 반응기에 인산 이온을 포함하는 제1 용액을 준비함(S1300);
(ii) 칼슘 이온 및 마그네슘 이온을 포함하는 제2 용액을 준비함(S2300);
(iii) 제1 용액이 포함된 반응기에 제2 용액을 첨가함(S3300); 및
(iv) 반응기 내의 용액을 교반함(S4300)을 포함하는,
하이드록시아파타이트 결정의 생성 없이 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법이 제공된다.
(i) 반응기에 인산 이온을 포함하는 제1 용액을 준비함(S1300)
본 출원의 일 실시예에 따르는 방법은, '반응기에 인산 이온을 포함하는 제1 용액을 준비함(S1300)'을 포함한다.
소정의 부피의 용액에 인산 이온 공급 물질이 첨가되어 제1 용액이 제조될 수 있다. 소정의 부피의 용액에 첨가된 인산 공급 물질은 인산 이온과, 인산 이온이 아닌 다른 이온으로 이온화된다. 일 실시예에서, 제1 용액은 제1 농도의 인산 이온을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 농도의 인산 이온을 포함하는 제1 용액은 소정의 부피의 용액에 제1 양의 인산(phosphoric acid)을 첨가하여 제조될 수 있다.
제1 용액에서, 인산 이온 공급 물질이 인산 이온으로 이온화되는 정도는 인산 이온 공급 물질의 양, 인산 이온 공급 물질의 이온화도, 제1 용액이 포함하는 화합물 또는 이온의 종류, 및 각각의 화합물 또는 이온의 양, 및/또는 용액의 온도에 의해 변화된다. 또는, 후술할 혼합 용액에서 인산 이온 공급 물질이 인산 이온으로 이온화되는 정도는 인산 이온 공급 물질의 양, 인산 이온 공급 물질의 이온화도, 혼합 용액이 포함하는 화합물 또는 이온의 종류, 및 각각의 화합물 또는 이온의 양, 및/또는 용액의 온도에 의해 변화된다.
이때, 인산 이온을 포함하는 제1 용액은 산성 용액이다. 즉, 제1 용액의 pH는 5 이하이다. 일 실시예에 따르면, 제1 용액의 pH는 약 5, 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 2, 1.5, 또는 1 이하일 수 있다.
이때, 일 실시예에 따르면, 상기 제1 용액의 온도는 약 10, 15, 20, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 또는 100°C 일 수 있으나, 본 출원의 목적을 달성할 수 있는 경우 달리 제한되지 않는다.
(ii) 칼슘 이온 및 마그네슘 이온을 포함하는 제2 용액을 준비함(S2300)
이어서, 상기 방법은 '칼슘 이온 및 마그네슘 이온을 포함하는 제2 용액을 준비함(S2300)'을 포함한다.
소정의 부피의 용액에 소정의 양의 칼슘 이온 공급 물질 및 소정의 양의 마그네슘 이온 공급 물질이 첨가되어 제2 용액이 제조될 수 있다. 첨가된 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질은 칼슘 이온, 마그네슘 이온, 및 다른 이온으로 이온화된다. 일 실시예에서, 제2 용액은 제2 농도의 칼슘 이온 및 제3 농도의 마그네슘 이온을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 농도의 칼슘 이온 및 제3 농도의 마그네슘 이온을 포함하는 제2 용액은 소정의 부피의 용액에 제2 양의 수산화칼슘 및 제3 양의 수산화마그네슘을 첨가하여 제조될 수 있다.
제2 용액에서 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질이 칼슘 이온 및 마그네슘 이온으로 이온화되는 정도는 칼슘 이온 공급 물질의 양 및 마그네슘 이온 공급 물질의 양, 칼슘이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질의 이온화도, 제2 용액이 포함하는 화합물 또는 이온의 종류, 각각의 화합물 또는 이온의 양, 및/또는 용액의 온도에 의해 변화된다. 또는, 후술할 혼합 용액에서 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질이 칼슘 이온 및 마그네슘 이온으로 이온화되는 정도는 칼슘 이온 공급 물질의 양 및 마그네슘 이온 공급 물질의 양, 칼슘이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질의 이온화도, 혼합 용액이 포함하는 화합물 또는 이온의 종류, 및 각각의 화합물 또는 이온의 양, 및/또는 용액의 온도에 의해 변화된다.
이때, 칼슘 이온 및 마그네슘 이온을 포함하는 제2 용액은 염기성 용액이다. 즉, 제2 용액의 pH는 7 이상이다. 일 실시예에 따르면, 제2 용액의 pH는 8, 8.5, 9, 9.5, 10, 10.5, 11, 11.5, 12, 12.5, 또는 13 이상일 수 있다.
이때, 일 실시예에 따르면, 상기 제2 용액의 온도는 약 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 또는 100°C 일 수 있으나, 본 출원의 목적을 달성할 수 있는 경우 달리 제한되지 않는다.
(iii) 제1 용액이 포함된 반응기에 제2 용액을 첨가함(S3300)
전술한 바와 같이, 반응기 내의 용액의 pH를 5 이하로 유지하여 하이드록시아파타이트 결정을 생성하지 않도록 하기 위해서, 산성의 용액이 포함된 반응기에 염기성의 용액이 첨가되어야 한다.
이에, 본 출원의 일 실시예에 따른 방법은, '제1 용액이 포함된 반응기에 제2 용액을 첨가함(S3300)'을 포함한다.
제1 용액이 포함된 반응기에 제2 용액이 첨가되어, 제1 용액과 제2 용액이 혼합된 혼합 용액이 제조된다.
휘트록카이트는 인 원자(P), 칼슘 원자(Ca), 및 마그네슘 원자(Mg)와 다른 원자(수소 원자 및 산소 원자)로 구성된다. 고순도의 휘트록카이트를 합성하기 위해서, 본 방법에서 사용되는 인 원자, 칼슘 원자, 및 마그네슘 원자 사이의 특정한 비율이 요구될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 용액과 제2 용액이 혼합된 혼합 용액은 제1 양의 인 원자, 제2 양의 칼슘 원자, 및 제3 양의 마그네슘 원자를 포함할 수 있다. 혼합 용액에 포함될 수 있는 인 원자의 양과 칼슘 원자의 양의 비(P/Ca), 혼합 용액에 포함될 수 있는 칼슘 원자의 양과 마그네슘 원자의 양의 비(Ca/Mg), 혼합 용액에 포함될 수 있는 인 원자의 양과 마그네슘 원자의 양의 비(P/Mg), 및 혼합 용액에 포함될 수 있는 인 원자와 마그네슘 원자+칼슘 원자의 양의 비 (P/Ca+Mg)는 후술하는 관련 단락에서 상세히 설명된다.
일 실시예에서, 제1 용액은 제1 농도의 인산 이온을 포함하며, 제2 용액은 제2 농도의 칼슘 이온 및 제3 농도의 마그네슘 이온을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는, 반응기 내의 용액의 pH가 5 이하로 유지되어야 한다. 즉, 제1 용액과 제2 용액이 혼합된 혼합 용액의 pH가 5 이하로 유지되어야 한다.
이때, 제1 용액에 포함된 인산 이온의 농도, 제2 용액에 포함된 칼슘 이온의 농도 및 마그네슘 이온의 농도는 혼합 용액의 pH에 영향을 미친다. 따라서, 혼합 용액의 pH가 5 이하가 되도록 제1 농도, 제2 농도, 및 제3 농도의 관계가 결정되어야 하며, 결정된 관계에 기초하여 제1 농도, 제2 농도, 및 제3 농도는 적절한 값으로 선택되어야 한다.
(i)에서 제1 용액을 제조하기 위하여 첨가된 인산 이온 공급 물질이 혼합 용액에서 이온화되는 정도, (ii)에서 제2 용액을 제조하기 위하여 첨가된 칼슘 이온 공급 물질 및 마그네슘 이온 공급 물질이 혼합 용액에서 이온화되는 정도는 혼합 용액의 pH에 영향을 미칠 수 있으므로, 각각의 이온 공급 물질이 혼합 용액에서 이온화 되는 정도가 고려되어, 혼합 용액의 pH가 5 이하가 되도록, 제1 농도, 제2 농도, 및 제3 농도의 관계가 결정될 수 있다.
혼합 용액의 pH에 제1 용액의 부피 및 제2 용액의 부피 또한 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 제1 용액의 부피 및 제2 용액의 부피가 고려되어, 혼합 용액의 pH가 5 이하가 되도록, 제1 농도, 제2 농도, 및 제3 농도의 관계가 결정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 하이드록시아파타이트 결정이 생성되지 않도록 하는 것이 본 출원의 목적인 바, 제1 용액에 제2 용액이 첨가되는 동안 반응기 내의 용액의 국소적인 부분에서 pH가 5 이상으로 상승하는 경우, 또는 반응기 내의 용액의 pH가 5 이상으로 상승하였다가 일정 시간이 경과되기 전에 5 이하로 하강하는 경우 또한 본 출원의 범위에 속한다.
일 실시예에 따르면, 제1 타임포인트에서 제1 용액이 포함된 반응기에 제2 용액의 첨가가 시작되고, 제1 타임포인트에서 제2 시간이 경과된 직후의 반응기 내의 용액의 pH는 5.5, 5, 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 또는 2 이하일 수 있다. 바람직하게는, 제1 타임포인트에서 제2 시간이 경과된 직후의 반응기 내의 용액의 pH는 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 또는 2 이하일 수 있다.
제1 용액과 제2 용액의 부피는 달리 제한되지 않는다. 예를 들어, 제1 용액의 부피는 약 1ml, 10ml, 20ml, 50ml, 100ml, 200ml, 500ml, 1L, 2L, 5L, 10L, 100L, 또는 1000L 이상일 수 있으나 달리 제한되지 않는다. 예를 들어, 제2 용액의 부피는 약 1ml, 10ml, 20ml, 50ml, 100ml, 200ml, 500ml, 1L, 2L, 5L, 10L, 100L, 또는 1000L 이상일 수 있으나 달리 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 제1 용액과 제2 용액의 부피 비(제1 용액의 부피/제2 용액의 부피)는 약 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0, 3.2, 3.4, 3.6, 3.8, 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5, 7, 7.5, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 또는 100 등 일수 있으나, 달리 제한되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 제2 용액은 제1 용액이 포함된 반응기로 푸어링(pouring) 방식에 의해 첨가될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 용액은 제1 용액이 포함된 반응기로 일정 시간동안 첨가될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 용액은 제1 용액이 포함된 반응기로 일정 시간 동안 일정한 속도로 첨가될 수 있다. 제2 용액은 당업계에서 통상적으로 사용되는 방식을 통해 첨가될 수 있다.
종래 문헌에 개시된 방법에 따르면, 반응기 내의 용액이 염기성 조건을 일정 시간 이상 유지하여야 하기 때문에, 산성인 용액은 첨가 속도가 억제되어 첨가되거나, 또는 적하 방식을 통해 첨가된다. 종래 문헌에 개시된 바에 따르면, 산성 용액의 첨가는 40분동안 이루어진다.
반면에, 본 출원의 일 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법에 의할 때, 염기성인 제2 용액의 첨가 시간이 억제될 필요가 없다. 따라서, 본 출원에 개시된 방법에 의할 때, 용액의 첨가 시간이 단축되어, 휘트록카이트 결정의 제조에 소요되는 시간이 감소한다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 제2 용액은 제1 용액이 포함된 반응기로 제1 시간동안 첨가될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 시간은 약 1200, 1100, 1000, 900, 800, 700, 600, 500, 400, 350, 300, 260, 220, 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 시간은 1200, 1100, 1000, 900, 800, 700, 600, 500, 400, 350, 300, 260, 220, 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초 이하일 수 있다. 특정한 실시예에서, 제1 시간은 약 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초일 수 있다. 특정한 실시예에서, 제1 시간은 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20, 또는 10초 이하일 수 있다.
이때, 일 실시예에 따르면, 제2 용액을 첨가하는 과정에서, 반응기 내의 용액은 교반될 수 있다. 제2 용액을 첨가하는 동안, 반응기 내의 용액에 포함된 물질은 교반을 통해 적절하게 혼합될 수 있다.
(iv) 반응기 내의 용액을 교반함(S4100)
본 출원의 일 실시예에 따르는, 휘트록카이트 결정을 제조하기 위한 상기 방법은 '(iv) 상기 반응기 내의 용액을 교반함(S4100)'을 포함한다. 본 과정은 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 용액을 숙성시키는 과정을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 반응기 내의 용액은 산성 조건으로 유지되어야 한다. 일 실시예에 따르면, 반응기 내의 용액의 pH는 5.5, 5, 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 또는 2 이하일 수 있다. 바람직하게는, 반응기 내의 용액의 pH는 4.5, 4, 3.5, 3, 또는 2.5 이하일 수 있다.
전술한 바와 같이, 종래 기술에 개시된 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 합성하는 경우, 하이드록시아파타이트 결정이 필수적으로 생성되야 하므로, 반응기 내의 용액은 휘트록카이트 결정의 제조에 필요한 원료 물질을 일부 포함한 상태에서 일정 시간 이상 염기성 조건을 유지하여야 한다. 따라서, 종래 기술에 개시된 방법은 염기성 용액에 산성인 인산 용액을 첨가하고, 인산 용액의 첨가 속도를 억제하여, 반응기 내의 용액이 일정 시간 이상 염기성 조건을 유지하도록 하였다.
반면에, 본 출원에 의해 제공되는 방법에 의하면, 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 하이드록시아파타이트 결정의 생성 없이 휘트록카이트 결정이 제조된다. 따라서, 본 출원에 의해 제공되는 방법에 의하면, 반응기 내의 용액이 원료 물질을 포함한 상태에서 일정 시간 이상 염기성 조건을 유지할 필요가 없다.
하이드록시아파타이트 결정이 생성되지 않도록 하는 것이 본 출원의 목적인 바, 일 실시예에 따르면, 제2 용액의 첨가 후, 반응기 내의 용액의 pH가 일정 시간 이상 5 이상으로 유지되지 않도록 하여, 상기 기술된 목적을 달성할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 제2 타임포인트에서 제2 용액의 첨가가 종료되고, 제3 시간이 경과된 직후의 반응기 내의 용액의 pH는 5.5, 5, 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 또는 2 이하일 수 있다. 바람직하게는, 제2 타임포인트에서 제3 시간이 경과된 직후의 반응기 내의 용액의 pH는 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 또는 2 이하일 수 있다.
휘트록카이트 결정을 제조하기 위하여, 제2 용액의 첨가가 종료된 후, 반응기 내의 용액에 포함된 물질은 교반을 통해 적절하게 혼합될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이때, 상기 반응기 내의 용액은 약 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 또는 100°C에서 교반될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 반응기 내의 용액은 20 이상 100°C 이하에서 교반될 수 있다. 바람직하게는, 상기 반응기 내의 용액은 50 이상 90°C 이하에서 교반될 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 반응기 내의 용액은 70 이상 90°C 이하에서 교반될 수 있다.
일 실시예에 따르면, (iv) 반응기 내의 용액을 교반함(S4100)은 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 28, 32, 36, 40, 45, 또는 50 시간 동안, 또는 전술한 시간 값 이상 동안 수행될 수 있다. 특정한 실시예에서, (iv) 반응기 내의 용액을 교반함(S4100)은 약 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 또는 24 시간 동안, 또는 전술한 시간 값 이상 동안 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 반응기 내의 용액의 pH가 전술한 pH값이 되도록, 용액의 pH를 조절할 수 있는 물질들이 더 첨가될 수 있다.
(v) 선택적으로 포함될 수 있는 단계
이하에서는, 제4 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법에 선택적으로 포함될 수 있는 단계에 대하여 설명한다. 예를 들어, 상기 제4 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법은 결과물을 세척하는 단계, 결과물을 건조하는 단계, 및 결과물을 분쇄하는 단계 등을 선택적으로 더 포함할 수 있다. 이때 상기 세척은 반응이 끝난 후 용액 내에 잔류한 이온들을 제거하기 위해 수행될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 제4 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법은 (iv)으로부터 수득된 결과물을 세척함을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제4 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법은 (iv)으로부터 수득된 결과물을 건조함을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제4 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 방법은 (v) (iv) 로부터 수득된 결과물을 세척함; 및 (vi) (v)로부터 수득된 결과물을 건조함을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 세척은 결과물 내의 고체를 여과하는 방식을 통해 수행될 수 있으나 달리 제한되지 않는다. 예를 들어, 세척은 필터 프레스를 통해 결과물 내의 고체를 여과하고 결과물 내의 액체 또는 액체 내에 잔류한 이온들을 제거하는 방식으로 수행될 수 있다.
본 실시예(제4 실시예)에 따른 방법을 통해, 휘트록카이트가 제조될 수 있다. 본 실시예에 따른 방법을 통해 제조된 결정을 XRD로 분석하는 경우, 제조된 결정의 90wt% 이상은 휘트록카이트 결정으로 확인될 수 있다. 일 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 제조된 결정의 XRD 분석 결과는 상기 제조된 결정의 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 또는 99.9wt% 이상이 휘트록카이트 결정임을 나타낼 수 있다. 특정한 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 제조된 결정의 XRD 분석 결과는 상기 제조된 결정의 99wt% 또는 99.9wt% 이상이 휘트록카이트 결정임을 나타낼 수 있다. 특정한 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 제조된 결정의 XRD 분석 결과는 상기 제조된 결정의 100wt% 가 휘트록카이트 결정임을 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 생성된 고체의 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 또는 99.9wt% 이상은 휘트록카이트 결정일 수 있다. 특정한 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 생성된 고체의 99 또는 99.9wt% 이상은 휘트록카이트 결정일 수 있다. 특정한 실시예에서, 본 실시예에 따른 방법을 통해 생성된 고체는 모두 휘트록카이트 결정일 수 있다.
본 출원에 의해 제공되는 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법에 사용되는 인(P) 원자, 칼슘(Ca) 원자, 및 마그네슘(Mg) 원자의 비
휘트록카이트 결정을 제조하는 방법에서 사용되는 인 원자의 양, 칼슘 원자의 양, 및 마그네슘 원자의 양의 비는 다음의 사항이 고려되어 결정될 수 있다:
휘트록카이트를 구성하는 인 원자, 칼슘 원자, 및 마그네슘 원자의 비(P:Ca:Mg)는 14:18:2 임;
혼합 용액의 pH가 5 이하로 유지되어야 함;
반응 결과 생성된 고체의 90wt% 이상(예를 들어, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 또는 99.9wt% 이상)은 휘트록카이트 결정임; 및/또는
휘트록카이트 결정의 제조에 소요되는 시간의 단축 가부 등.
예를 들어, 일 실시예에서, 휘트록카이트에 포함되는 P/Ca/Mg의 원자 개수의 비율에 기초하여 결정되는 P의 적정 양보다 더 많은 P가 본 출원에 의해 제공되는 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법에 사용될 수 있다. 이는, 전체 공정 상에서 휘트록카이트 결정이 제조되는 반응기 내의 pH가 5 이하로 유지될 수 있도록 하기 위하여 보다 더 많은 인산이 사용될 수 있기 때문이다. 구체적인 예로, 휘트록카이트에 포함된 인 원자와 칼슘 원자의 비(P/Ca)는 약 0.78 이나, 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해서 사용되는 인 원자의 총량과 칼슘 원자의 총량의 비 (P/Ca)는 0.78을 초과할 수 있다. 다른 구체적인 예로, 휘트록카이트에 포함된 인 원자와 칼슘 원자+마그네슘 원자의 비 (P/Ca+Mg)는 약 0.7 이나, 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해서 사용되는 인 원자의 총량과 칼슘 원자 및 마그네슘 원자의 총량의 비 (P/Ca+Mg)는 0.7을 초과할 수 있다.
이하에서는, 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용되는 인 원자, 칼슘 원자, 및 마그네슘 원자 간의 비율에 대한 실시 양태를 개시한다. 여기서, 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용되는 원자는 휘트록카이트 합성이 종료된 후 휘트록카이트 결정을 형성하는 원자뿐만 아니라, 용액 내에 이온 형태로 존재하는 원자 또한 포함하는 의미로 사용된다.
전술한 바와 같이, 본 출원의 방법을 통해 순수한 휘트록카이트를 합성하기 위해서는 인 원자, 칼슘 원자, 및 마그네슘 원자 간에 적절한 비가 요구될 수 있다.
이때, 사용되는 인 원자의 양은 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용된 모든 인산 이온 공급 물질에 포함된 인 원자의 개수를 의미할 수 있으나, 달리 제한되지 않는다. 예를 들어, 사용되는 인 원자의 양은 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용된 모든 인산 이온 공급 물질에 포함된 인 원자의 개수를 몰 수로 환산한 값일 수 있다.
사용되는 칼슘 원자의 양은 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용된 모든 칼슘 이온 공급 물질에 포함된 칼슘 원자의 개수를 의미할 수 있으나, 달리 제한되지 않는다. 예를 들어, 사용되는 칼슘 원자의 양은 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용된 모든 칼슘 이온 공급 물질에 포함된 칼슘 원자의 개수를 몰 수로 환산한 값일 수 있다.
사용되는 마그네슘 원자의 양은 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용된 모든 마그네슘 이온 공급 물질에 포함된 마그네슘 원자의 개수를 의미할 수 있으나, 달리 제한되지 않는다. 예를 들어, 사용되는 마그네슘 원자의 양은 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용된 모든 마그네슘 이온 공급 물질에 포함된 마그네슘 원자의 개수를 몰 수로 환산한 값일 수 있다.
일 실시예에서, 본 출원의 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용되는 인 원자의 양과 칼슘 원자의 양의 비(P/Ca)는 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2, 2.2, 2.4, 2.6, 2.8, 3, 3.5, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10 이상일 수 있다. 일 실시예에서, 사용되는 인 원자의 양과 칼슘 원자의 양의 비 (P/Ca)는 약 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0, 3.2, 3.4, 3.6, 3.8, 4, 4.5, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10 이거나, 또는 전술한 값 중 선택되는 두 값에 의해 설정되는 범위 내 일 수 있다. 일 실시예에서, 사용되는 인 원자의 양과 칼슘 원자의 양의 비(P/Ca)는 0.5 내지 1, 1 내지 2, 2 내지 3, 3 내지 4, 4 내지 5, 5 내지 6, 6 내지 7, 7 내지 8, 8 내지 9, 또는 9 내지 10일 수 있다. 특정한 실시예에서, 사용되는 인 원자의 양과 칼슘 원자의 양의 비(P/Ca)는 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 또는 1.5 이상일 수 있다. 특정한 실시예에서, 사용되는 인 원자의 양과 칼슘 원자의 양의 비(P/Ca)는 1 내지 1.8, 1.2 내지 1.6, 또는 1.3 내지 1.5일 수 있다. 특정한 실시예에서, 사용되는 인 원자의 양과 칼슘 원자의 양의 비(P/Ca)는 약 1.3, 1.4 또는 1.5일 수 있다.
이때 전술한 바와 같이, 사용되는 인 원자의 양과 칼슘 원자의 양의 비는, 예를 들어, 휘트록카이트를 제조하기 위해 사용된 인산 이온 공급 물질에 포함된 인 원자의 개수와 휘트록카이트를 제조하기 위해 사용된 칼슘 이온 공급 물질에 포함된 칼슘 원자의 개수의 비를 통해 계산될 수 있다.
다른 예로, 사용되는 인 원자의 양과 칼슘 원자의 양의 비는 혼합 용액(즉, 산성의 용액 및 염기성의 용액이 모두 혼합된 후에 제조된 용액)이 포함하는 인 원자의 양과 상기 혼합용액이 포함하는 칼슘 원자의 양의 비를 통해 계산될 수 있다. 이때 상기 혼합 용액에 포함된 인 원자의 양은 인산과 같은 이온을 구성하는 인 원자 및 다른 원자와 함께 고상의 결정을 구성하는 인 원자 모두를 고려하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 혼합용액에 인산 이온(PO4 -, 이 경우 하나의 인산 이온당 한 개의 인 원자로 계산될 수 있음) 및 휘트록카이트 결정이 존재하는 경우, 혼합용액에 포함된 인 원자의 양은 인산 이온을 구성하는 인 원자의 양 및 휘트록카이트 결정을 구성하는 인 원자의 양이 모두 고려되어 계산될 수 있다. 마찬가지로, 이때 상기 혼합 용액에 포함된 칼슘 원자의 양은 칼슘 이온과 같은 이온을 구성하는 칼슘 원자 및 다른 원자와 함께 고상의 결정을 구성하는 칼슘 원자 모두를 고려하여 계산될 수 있다.
일 실시예에서, 본 출원의 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용되는 칼슘 원자와 마그네슘 원자의 비(Ca/Mg)는 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2, 2.2, 2.4, 2.6, 2.8, 3, 3.5, 4, 또는 5 이상일 수 있다. 일 실시예에서, 본 출원의 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용되는 칼슘 원자와 마그네슘 원자의 비(Ca/Mg)는 약 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3, 3.2, 3.4, 3.6, 3.8, 4, 4.5 또는 5 이거나, 또는 전술한 값 중 선택되는 두 값에 의해 설정되는 범위 내 일 수 있다. 일 실시예에서, 본 출원의 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용되는 칼슘 원자와 마그네슘 원자의 비(Ca/Mg)는 0.5 내지 1, 1 내지 2, 2 내지 3, 3 내지 4, 또는 4 내지 5일 수 있다. 특정한 실시예에서, 본 출원의 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용되는 칼슘 원자와 마그네슘 원자의 비(Ca/Mg)는 2.3, 또는 2.5 이상일 수 있다. 특정한 실시예에서, 본 출원의 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용되는 칼슘 원자와 마그네슘 원자의 비(Ca/Mg)는 2.2 내지 4.0, 2.2 내지 3.5, 2.5 내지 3.5, 또는 2.5 내지 3.0일 수 있다.
이때 전술한 바와 같이, 사용되는 칼슘 원자의 양과 마그네슘 원자의 양의 비는, 예를 들어, 휘트록카이트를 제조하기 위해 사용된 칼슘 이온 공급 물질에 포함된 칼슘 원자의 개수와 휘트록카이트를 제조하기 위해 사용된 마그네슘 이온 공급 물질에 포함된 마그네슘 원자의 개수의 비를 통해 계산될 수 있다.
다른 예로, 사용되는 칼슘 원자의 양과 마그네슘 원자의 양의 비는 혼합 용액(즉, 산성의 용액 및 염기성의 용액이 모두 혼합된 후에 제조된 용액)이 포함하는 칼슘 원자의 양과 상기 혼합용액이 포함하는 마그네슘 원자의 양의 비를 통해 계산될 수 있다. 이때 상기 혼합 용액에 포함된 칼슘 원자의 양은 Ca2+과 같은 이온을 구성하는 칼슘 원자(이 경우, Ca2+ 하나당 한 개의 칼슘 원자) 및 다른 원자와 함께 고상의 결정을 구성하는 칼슘 원자 모두를 고려하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 혼합용액에 Ca2+ 이온 및 휘트록카이트 결정이 존재하는 경우, 혼합용액에 포함된 칼슘 원자의 양은 Ca2+이온을 구성하는 칼슘 원자의 양 및 휘트록카이트 결정을 구성하는 칼슘 원자의 양이 모두 고려되어 계산될 수 있다. 마찬가지로, 이때 상기 혼합 용액에 포함된 마그네슘 원자의 양은 Mg2+과 같은 이온을 구성하는 마그네슘 원자 및 다른 원자와 함께 고상의 결정을 구성하는 마그네슘 원자 모두를 고려하여 계산될 수 있다.
일 실시예에서, 본 출원의 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용되는 인 원자와 마그네슘 원자의 비(P/Mg)는 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2, 2.2, 2.4, 2.6, 2.8, 3, 3.5, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 또는 20 이상일 수 있다. 일 실시예에서, 본 출원의 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용되는 인 원자와 마그네슘 원자의 비(P/Mg)는 약 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 4.0, 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 5, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.8, 6, 6.5, 7, 7.5, 8, 8.5, 9, 9.5, 또는 10 이거나, 또는 전술한 값 중 선택되는 두 값에 의해 설정되는 범위 내 일 수 있다. 일 실시예에서, 본 출원의 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용되는 인 원자와 마그네슘 원자의 비(P/Mg)는 1 내지 2, 2 내지 3, 3 내지 4, 4 내지 5, 5 내지 6, 6 내지 7, 7 내지 8, 8 내지 9, 또는 9 내지 10일 수 있다. 특정한 실시예에서, 본 출원의 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용되는 인 원자와 마그네슘 원자의 비(P/Mg)는 3.2, 3.4, 3.6, 3.8, 4.0, 4.2, 또는 4.4 이상일 수 있다. 특정한 실시예에서, 본 출원의 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용되는 인 원자와 마그네슘 원자의 비(P/Mg)는 3.0 내지 5.5, 3.1 내지 5.4, 3.3 내지 5, 또는 3.5 내지 4.0일 수 있다.
이때 전술한 바와 같이, 사용되는 인 원자의 양과 마그네슘 원자의 양의 비는, 예를 들어, 휘트록카이트를 제조하기 위해 사용된 인산 이온 공급 물질에 포함된 인 원자의 개수와 휘트록카이트를 제조하기 위해 사용된 마그네슘 이온 공급 물질에 포함된 마그네슘 원자의 개수의 비를 통해 계산될 수 있다.
다른 예로, 사용되는 인 원자의 양과 마그네슘 원자의 양의 비는 혼합 용액(즉, 산성의 용액 및 염기성의 용액이 모두 혼합된 후에 제조된 용액)이 포함하는 인 원자의 양과 상기 혼합용액이 포함하는 마그네슘 원자의 양의 비를 통해 계산될 수 있다. 이때 상기 혼합 용액에 포함된 마그네슘 원자의 양은 Mg2+과 같은 이온을 구성하는 마그네슘 원자(이 경우, Mg2+ 하나당 한 개의 마그네슘 원자) 및 다른 원자와 함께 고상의 결정을 구성하는 마그네슘 원자 모두를 고려하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 혼합용액에 Mg2+ 이온 및 휘트록카이트 결정이 존재하는 경우, 혼합용액에 포함된 마그네슘 원자의 양은 Mg2+이온을 구성하는 마그네슘 원자의 양 및 휘트록카이트 결정을 구성하는 마그네슘 원자의 양이 모두 고려되어 계산될 수 있다. 마찬가지로, 이때 상기 혼합 용액에 포함된 인 원자의 양은 인산 이온과 같은 이온을 구성하는 인 원자 및 다른 원자와 함께 고상의 결정을 구성하는 인 원자 모두를 고려하여 계산될 수 있다.
일 실시예에서, 본 출원의 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용되는 인 원자와 양이온 원자의 비 (P/Ca+Mg)는 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.2, 2.4, 2.6, 2.8, 3.0, 3.2, 3.4, 3.6, 3.8, 4.0, 4.2, 4.4, 4.6, 4.8, 또는 5 이상일 수 있다. 일 실시예에서, 본 출원의 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용되는 인 원자와 양이온 원자의 비 (P/Ca+Mg)는 약 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.2, 2.4, 2.6, 2.8, 3.0, 3.2, 3.4, 3.6, 3.8, 4.0, 4.2, 4.4, 4.6, 4.8, 또는 5 이거나, 또는 전술한 값 중 선택되는 두 값에 의해 설정되는 범위 내 일 수 있다. 일 실시예에서, 본 출원의 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용되는 인 원자와 양이온 원자의 비 (P/Ca+Mg)는 0.4 내지 0.8, 0.8 내지 1.2, 1.2 내지 1.6, 또는 1.6 내지 2.0일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 특정한 실시예에서, 본 출원의 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용되는 인 원자와 양이온 원자의 비 (P/Ca+Mg)는 약 0.95, 0.96, 0.97, 0.98, 0.99, 1.0, 1.01, 1.02, 1.03, 1.04, 1.05, 1.06, 1.07, 1.08, 1.09, 또는 1.1 이거나, 또는 전술한 값 중 선택되는 두 값에 의해 설정되는 범위 내 일 수 있다. 특정한 실시예에서, 본 출원의 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 제조하기 위해 사용되는 인 원자와 양이온 원자의 비 (P/Ca+Mg)는 0.94 내지 1.1, 0.95 내지 1.09, 또는 0.98 내지 1.02 일 수 있다.
본 출원에 의해 제공되는 휘트록카이트 결정의 제조 방법에 의해 제조된 휘트록카이트 결정.
본 출원에 의해 제공되는 방법에 따르면, 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 하이드록시아파타이트 결정이 생성되지 않는다. 따라서, 본 출원에 의해 제공되는 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 제조하는 경우, 생성된 휘트록카이트 결정은 하이드록시아파타이트 결정으로부터 트랜스폼된 것이 아니다.
본 출원의 일 실시예에 따를 때, 휘트록카이트 결정은 (a) 반응기 내의 용액으로부터 직접 침전되거나, 및/또는 (b) 하이드록시아파타이트 결정이 아닌 칼슘 원자 및/또는 마그네슘 원자를 포함하는 결정으로부터 트랜스폼되어 형성된 것일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따를 때, 휘트록카이트 결정은 하기의 (a), (b), 및 (c) 중 선택되는 어느 하나에 의해 형성된 것일 수 있다:
(a) 반응기 내의 용액으로부터 직접 침전;
(b) 하이드록시아파타이트 결정이 아닌 칼슘 원자 및/또는 마그네슘 원자를 포함하는 결정으로부터 트랜스폼; 또는
(c) 상기 (a) 및 상기 (b).
일 실시예에 따르면, 하이드록시아파타이트 결정이 아닌 칼슘 원자 및/또는 마그네슘 원자를 포함하는 결정은 디하이드레이트 칼슘 포스페이트(dihydrate calcium phosphate) 결정, 인산 칼슘 결정, 수산화 칼슘 결정, 마그네슘 포스페이트 결정, 및 수산화 마그네슘 결정을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 하이드록시아파타이트 결정이 아닌 칼슘 원자 및/또는 마그네슘 원자를 포함하는 결정은 β-트리칼슘 포스페이트(tricalcium phosphate, Ca3(PO4)2), Monetite(Ca(HPO4)), Brushite(Ca(HPO4)(H2O)2), portlandite(Ca(OH)2), newberyite(MgHPO4(H2O)3), 및 brucite(Mg(OH)2)를 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 본 출원에 의해 제공되는 방법에 의해 제조된 휘트록카이트 결정의 평균 직경은 10 이상 1000nm 이하일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제조된 휘트록카이트 결정의 평균 직경은 20 이상 500nm 이하일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제조된 휘트록카이트 결정의 평균 직경은 30 이상 200nm 이하일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제조된 휘트록카이트 결정의 평균 직경은 30 이상 100nm 이하일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제조된 휘트록카이트 결정의 평균 직경은 30 이상 60nm 이하일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제조된 휘트록카이트 결정의 평균 직경은 약 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 110, 120, 140, 160, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 또는 1000nm 이거나, 또는 전술한 값들 중 선택되는 두 값으로 설정되는 범위(예를 들어, 10 이상 1000nm 이하, 30 이상 100nm 이하, 20 이상 60nm 이하 등)일 수 있다. 바람직하게는, 제조된 휘트록카이트 결정의 평균 직경은 약 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 또는 85nm 이거나, 또는 전술한 값들 중 선택되는 두 값으로 설정되는 범위일 수 있다.
본 출원에 의해 제공되는 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법의 효과.
본 출원에 의한 휘트록카이트 결정의 제조 방법에 의할 때, 휘트록카이트 결정은 종래의 기술의 방법을 이용한 경우보다 빠르게 제조될 수 있다.
본 출원에 의한 휘트록카이트 결정의 제조 방법에 의할 때, 고순도의 휘트록카이트 결정은 종래의 기술의 방법을 이용한 경우보다 빠르게 제조될 수 있다. 이때, 고순도의 휘트록카이트 결정은, 반응기 내의 용액의 칼슘 원자 및/또는 마그네슘 원자를 포함하는 결정이, 휘트록카이트 결정만을 포함하는 것을 의미한다.
종래의 기술에 개시된 방법에 의할 때, 고순도의 휘트록카이트 결정이 제조되는 시간은 적어도 360분 이상이다. 반면에, 본 출원에 의해 제공되는 방법에 의해 휘트록카이트를 제조하는 경우, 하기와 같은 이유로 고순도의 휘트록카이트 결정의 제조에 소요되는 시간이 보다 단축될 수 있다.
본 출원에 의해 제공되는 방법에 따르면, 양이온 공급 물질의 첨가 시간이 단축되어, 고순도의 휘트록카이트 결정의 제조에 소요되는 시간이 보다 더 단축될 수 있다.
본 출원에 의해 제공되는 방법에 따르면, 제2 용액의 첨가 시간이 단축되어, 고순도의 휘트록카이트 결정의 제조에 소요되는 시간이 보다 더 단축될 수 있다.
본 출원에 의해 제공되는 방법에 따르면, 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 하이드록시아파타이트 결정이 생성되지 않아, 고순도의 휘트록카이트 결정의 제조에 소요되는 시간이 보다 더 단축될 수 있다.
본 출원에 의해 제공되는 방법에 따르면, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정이 제조되어, 고순도의 휘트록카이트 결정의 제조에 소요되는 시간이 보다 더 단축될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 고순도의 휘트록카이트 결정은 제1 용액이 포함된 반응기에 양이온 공급 물질의 첨가가 시작된 후로부터 최소 30분, 최대 300분(5시간) 이내에 제조될 수 있다. 바람직하게는, 고순도의 휘트록카이트 결정은 양이온 공급 물질의 첨가가 시작된 후로부터 최소 30분, 최대 180분(3시간) 이내에 제조될 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 고순도의 휘트록카이트 결정은 제1 용액이 포함된 반응기에 제2 용액의 첨가가 시작된 후로부터 최소 30분, 최대 300분(5시간) 이내에 제조될 수 있다. 바람직하게는, 고순도의 휘트록카이트 결정은 제1 용액이 포함된 반응기에 제2 용액의 첨가가 시작된 후로부터 최소 30분, 최대 180분(3시간) 이내에 제조될 수 있다.
실험예
제조예. 휘트록카이트 결정의 제조
본 출원의 발명자들은 제조예 1 내지 제조예 4를 통해, 하이드록시아파타이트 결정의 생성 없이, 휘트록카이트 결정을 제조하였다.
제조예 1
10L 용량의 제1 반응기에 4828.43ml의 3차 증류수를 첨가한 후, 85% 인산 용액(대정화금 Cat. No. 6532-4105 Phosphoric acid, 85%) 171.57ml를 첨가하였다. 그 후, 250rpm으로 교반하며 한시간동안 용액의 온도를 80°C 까지 승온시켜 인산 용액을 제조하였다. 이때, 인산 용액의 pH는 1.3으로 측정되었다.
10L 용량의 제2 반응기에 5000ml의 3차 증류수를 첨가한 후, 수산화칼슘(Ca(OH)2) 137.05g, 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 37.9g을 첨가하였다. 그 후, 250rpm으로 교반하며 한시간동안 용액의 온도를 60°C까지 승온시켜 양이온 수용액을 제조하였다. 양이온 수용액의 pH는 수산화칼슘 (Ca(OH)2) 및 수산화마그네슘(Mg(OH)2)이 모두 용해되지 않은 상태에서 측정되었고, 이때 측정된 pH는 12 이상이었다.
인산 용액을 포함하는 제1 반응기에 양이온 수용액을 2.5L/min의 속도로 첨가하였다. 이때, 제1 반응기 내의 용액을 250rpm으로 교반하였다.
양이온 수용액을 첨가 후 반응기 내의 용액을 24시간 동안, 80°C에서, 250rpm으로 교반하며 숙성시켰다. 24시간의 숙성 과정이 끝난 후 휘트록카이트 결정을 수세하여 용액에 잔류한 이온을 제거하였다. 이때, filter press 방법이 이용되었다. Filter press 이후 형성된 휘트록카이트 케이크를 드라이 오븐에 넣고 60°C 이상 100°C의 온도에서 24시간동안 건조하여 휘트록카이트 결정을 수득하였다.
제조예 2
제조예 2에서는 제조예 1과 달리, 수산화마그네슘(Mg(OH)2)이 41.69g 첨가되었다.
첨가되는 수산화마그네슘의 양을 제외하고, 휘트록카이트 결정을 수득하기까지의 과정은 제조예 1과 같다.
제조예 3
제조예 3에서는 제조예 1과 달리, 수산화마그네슘(Mg(OH)2)이 26.53g 첨가되었다.
첨가되는 수산화마그네슘의 양을 제외하고, 휘트록카이트 결정을 수득하기까지의 과정은 제조예 1과 같다.
제조예 4
제조예 4에서는 제조예 1과 달리, 수산화마그네슘(Mg(OH)2)이 49.27g 첨가되었다.
첨가되는 수산화마그네슘의 양을 제외하고, 휘트록카이트 결정을 수득하기까지의 과정은 제조예 1과 같다.
실험예 1. 각 제조예에서의 고순도의 휘트록카이트 결정의 생성 여부 확인.
본 출원의 발명자들은, 제조예 1, 2, 3, 및 4 를 통해 휘트록카이트 결정을 제조하였고, 각각의 제조예에서 100wt%의 휘트록카이트(즉, 고순도의 휘트록카이트) 결정이 생성되는지 여부를 확인하였다.
제조예 1 내지 4를 통해 휘트록카이트 결정을 제조하여 수득한 후, 각각의 제조예에서 수득한 결정을 XRD(X-Ray Diffraction)를 이용하여 분석하였다.
XRD를 이용한 분석에 사용된 조건은 하기와 같다.
- Scan range 3'~80'
- Scan rate 0.02
- Scan speed 3'/min
- 40Kv
- 40mA
제조예 1 내지 4를 통해 수득한 결정을 XRD로 분석한 결과, 제조예 1 및 제조예 2를 통해 합성된 경우, 100wt%의 휘트록카이트 결정이 수득됨을 알 수 있었다. 즉, 제조예 1 및 제조예 2를 통해 휘트록카이트 결정을 제조하는 경우 고순도의 휘트록카이트 결정이 제조되었다.
XRD를 통한 분석 결과, 제조예 1의 경우 100wt%의 휘트록카이트 결정이 수득됨을 알 수 있었다.
XRD를 통한 분석 결과, 제조예 2의 경우 100wt%의 휘트록카이트 결정이 수득됨을 알 수 있었다.
XRD를 통한 분석 결과, 제조예 3의 경우 50.3wt%의 휘트록카이트 결정 및 49.7wt%의 인산칼슘 결정이 수득됨을 알 수 있었다.
XRD를 통한 분석 결과, 제조예 4의 경우 85wt%의 휘트록카이트 결정 및 16wt%의 인산칼슘 결정이 수득됨을 알 수 있었다.
하기의 표 1을 통해, 각 제조예의 조건과 제조된 결정의 종류 및 wt%에 대하여 개시한다.
[표 1] 제조예 1 내지 4의 조건 및 각 제조예를 통해 제조된 결정
Figure pat00001
표 1에서, WH는 휘트록카이트 결정, HA는 하이드록시아파타이트 결정, CP는 인산 칼슘 결정, MP는 인산 마그네슘 결정을 의미한다. 나아가, 표 1에서 표시된 각각의 몰 농도(M)는 인산 용액 (5L), 또는 양이온 수용액(5L)을 기준으로 하여 계산된 것이다. 제조예 1 및 제조예 2를 통해 휘트록카이트 결정을 제조한 경우에만 고순도의 휘트록카이트 결정이 제조되었다.
실험예 2. 제조예 1에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서, 반응기 내의 용액의 pH 변화
본 출원의 발명자들은, 휘트록카이트 결정을 제조하는 과정에서, 반응기 내의 용액의 pH 변화를 측정하였다. 반응기 내의 용액의 pH는 pH 미터기를 통해 측정되었다.
제조예 1을 통해 휘트록카이트 결정을 제조하는 과정에서, 양이온 수용액이 첨가가 시작된 후부터 반응기 내의 용액의 pH 변화를 측정하였다. pH 변화의 측정 결과는 도 5를 통해 개시한다. 도 6은 도 5의 그래프에서 0초에서 1200초 사이의 결과만을 나타낸 그래프이다. 도 7은 도 5의 그래프에서 0초에서 120초 사이의 결과만을 나타낸 그래프이다. 즉, 도 5, 6, 및 7은 제조예 1에서의 반응기 내의 pH 변화를 나타낸 동일한 그래프에서 x축의 타임스케일을 각각, 90000초, 1200초, 및 120초로 달리한 것이다.
도 5, 6, 및 7에 개시된 바와 같이, 반응기 내의 용액의 pH는 4.5 이하로 유지되었다.
실험예 3. 제조예 1에 따른 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서, 하이드록시아파타이트 결정의 생성 여부
본 출원의 발명자들은, 휘트록카이트 결정을 제조하는 과정에서, 하이드록시아파타이트 결정의 생성 여부를 관찰하였다.
제조예 1을 통해 휘트록카이트 결정을 제조하는 과정에서, 양이온 수용액이 첨가가 시작된 후부터 하이드록시아파타이트 결정의 생성 여부를 관찰하였다.
각각의 타임포인트에서 반응기 내의 반응중인 용액의 일부를 샘플로 채취하였고, 각각의 타임포인트에서 채취한 샘플을 XRD(X-ray diffraction)로 분석하였다. 이때, XRD 분석에 사용된 조건은 실험예 1에서의 조건과 동일하다. 아래에서, 각각의 샘플에 대한 정보를 개시한다.
- 제1 샘플: 양이온 수용액의 첨가가 시작된 후로부터 54초에 채취, 즉, 2.25L의 양이온 수용액이 첨가된 시점에 채취되어, 소정의 과정을 거쳐 수득됨.
- 제2 샘플: 양이온 수용액의 첨가가 시작된 후로부터 67.2초에 채취, 즉, 2.8L의 양이온 수용액이 첨가된 시점에 채취되어, 소정의 과정을 거쳐 수득됨.
- 제3 샘플: 양이온 수용액의 첨가가 시작된 후로부터 91.2초에 채취, 즉, 3.8L의 양이온 수용액이 첨가된 시점에 채취되어, 소정의 과정을 거쳐 수득됨.
- 제4 샘플: 양이온 수용액의 첨가가 시작된 후로부터 110.2초에 채취, 즉, 4.6L의 양이온 수용액이 첨가된 시점에 채취되어, 소정의 과정을 거쳐 수득됨.
- 제5 샘플: 양이온 수용액의 첨가가 시작된 후로부터 20분에 채취되어, 소정의 과정을 거쳐 수득됨.
- 제6 샘플: 양이온 수용액의 첨가가 시작된 후로부터 24시간 후에 채취되어, 소정의 과정을 거쳐 수득됨.
제1 샘플은 하기의 과정을 통해 수득되었다.
(1) 양이온 수용액의 첨가가 시작된 후로부터 54초의 시점에, 즉, 2.26L의 양이온 수용액이 첨가된 시점에 반응기 내의 용액으로부터 소정의 부피의 용액을 채취함.
(2) 채취된 용액을 원심분리기를 이용하여 250G에서 10분동안 원심분리한 후 상층액을 제거함.
(3) 상층액 제거 후, 99%의 에탄올을 첨가한 후 충분히 혼합하고, 원심분리기를 이용하여 250G에서 10분동안 원심분리하고, 상층액을 제거함.
(4) (3)의 과정을 3번 또는 4번 반복한 후 건조함.
(5) 제1 샘플을 수득함.
제2 내지 제6 샘플 또한 제1 샘플과 유사한 방법을 통해 수득되었다.
각각의 샘플을 XRD를 이용하여 분석한 결과를 도 8을 통해 개시한다.
도 8을 참고할 때, 제1 샘플, 제2 샘플, 제3 샘플, 제4 샘플, 제5 샘플, 및 제6 샘플에서 하이드록시아파타이트 결정을 나타내는 피크가 관찰되지 않음을 알 수 있다.
XRD 그래프를 분석한 결과를 표로 정리한 것은 다음과 같다.
[표 2] XRD 그래프 분석 결과
Figure pat00002
도 8 및 표 2에 개시된 것과 같이, 제조예 1을 통해 휘트록카이트 결정을 제조하는 경우, 제조 과정에서 하이드록시아파타이트 결정이 관찰되지 않는다.
실험예 2에서, 제조예 1을 통해 휘트록카이트 결정을 제조하는 경우, 염기성의 양이온 수용액이 첨가되더라도 반응기 내의 용액의 pH는 4.5 이하로 유지되는 것이 관찰되었다. 또한, 도 8에 개시된 XRD 그래프는 제조예 1을 통해 휘트록카이트 결정을 제조하는 경우, 하이드록시아파타이트 결정이 생성되지 않음을 보여준다.
즉, 산성의 인산 용액에 염기성의 양이온 수용액을 첨가하고, 반응기 내의 용액이 pH 5이하를 유지하는 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 경우, 휘트록카이트 결정의 제조 과정에서 하이드록시아파타이트 결정이 생성되지 않음을 알 수 있다.
실험예 4. 휘트록카이트 결정의 제조에 소요되는 시간
본 출원의 발명자들은 제조예 1을 통하여 휘트록카이트 결정을 제조하는 과정에서, 양이온 수용액의 첨가 후 3시간, 6시간, 및 24시간에 반응기에서 샘플을 수득하고, 수득한 샘플을 XRD를 이용하여 분석하고, SEM(Scanning Electron Microscope)으로 촬영하였다. 이때, XRD로 분석하기 위해 사용된 조건은 실험예 1에서의 조건과 같다.
각각의 시간에서의 샘플은 반응기 내의 용액으로부터 소정의 부피의 용액을 채취한 후 건조하는 과정을 거쳐 수득되었다. 수득된 샘플은 XRD 분석 및 SEM 촬영에 이용되었다.
도 9의 XRD 데이터 및 도 11의 XRD 분석 결과를 참고할 때, 3시간, 6시간, 및 24시간에 반응기에서 수득된 샘플에는 100%의 휘트록카이트 결정이 포함되어 있는 것을 알 수 있다.
이를 통해, 제조예 1을 통하여 휘트록카이트 결정을 제조하는 경우, 적어도 3시간 이내에 고순도의 휘트록카이트 결정이 합성됨을 알 수 있다. 즉, 제조예 1을 통하여 휘트록카이트 결정을 제조하는 경우, 양이온 수용액을 첨가한 후 적어도 3시간 이내에 100%의 휘트록카이트 결정이 합성된다.
따라서, 하이드록사이파타이트 결정의 생성 없이, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 경우, 적어도 3시간 이내에 고순도의 휘트록카이트 결정이 합성됨을 알 수 있다.
양이온 수용액을 첨가 후 3시간 후에 채취된 샘플에서 평균 직경이 72.36nm 인 휘트록카이트 결정이 수득되었다. 양이온 수용액 첨가 후 6시간 후에 채취된 샘플에서는 평균 직경이 63.26nm인 휘트록카이트 결정이 수득되었다. 양이온 수용액 첨가 후 24시간 후에 채취된 샘플에서는 평균 직경이 44.86nm인 휘트록카이트 결정이 수득되었다. 이와 관련된 데이터를 도 10의 SEM 사진을 통해 개시한다.
실험예 5. 제조된 휘트록카이트 결정의 물성 확인
본 출원에 의해 제공되는 방법과 종래의 방법을 이용하여 휘트록카이트 결정을 각각 제조하고, 각 방법으로 제조된 결정의 물성을 확인하였다.
본 출원에 의해 제공되는 방법에 따른 휘트록카이트 결정의 제조
제1 반응기에 약 242mL의 물을 첨가한 후, 여기에 85% 인산 (대정화금 Cat. No. 6532-4105 Phosphoric acid, 85%) 8.58mL를 첨가하였다. 그 후, 80°C에서 한시간동안 250RPM으로 교반하여 250mL의 산성 수용액(0.5M 인산 용액)을 제조하였다. 제2 반응기에 250mL의 물을 첨가한 후 수산화칼슘 (Ca(OH)2) 6.85g 및 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 1.90g을 첨가하였다. 그 후, 60 °C에서 한시간동안 250RPM으로 교반하여 양이온 수용액(250mL, 수산화칼슘 0.37M, 수산화마그네슘 0.17M)을 제조하였다. 산성 수용액을 포함하는 제1 반응기로 양이온 수용액을 2.5L/min 의 속도로 첨가하였다. 이때, 제1 반응기 내의 용액을 250RPM으로 교반하였다. 양이온 수용액의 첨가가 완료된 후 반응기 내의 용액을 24시간 동안, 80°C에서, 250RPM으로 교반하며 숙성시켰다. 24시간의 숙성 과정이 끝난 후 휘트록카이트 결정을 수세하여 용액에 잔류한 이온을 제거하였다. 이때 수세는 침전물이 가라 앉아있는 상태에서 상층 수용액을 제거하고 물을 첨가하여 세척을 수행하는 디캔팅 방식을 통해 진행되었다 (D.W 500ml x 6EA). 수세가 끝난 결과물을 드라이 오븐에 넣고 90°C 의 온도에서 24시간동안 건조하여 휘트록카이트 결정을 수득하였다.
종래의 방법에 따른 휘트록카이트 결정의 제조
제1 반응기에 250ml의 물을 첨가한 후 수산화칼슘(Ca(OH)2) 6.85g 및 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 1.90g을 첨가하였다. 그 후, 80 °C에서 한시간동안 250RPM으로 교반하여 양이온 수용액을 제조하였다. 제2 반응기에 약 242ml의 물을 첨가한 후 85% 인산 (대정화금 Cat. No. 6532-4105 Phosphoric acid, 85%) 8.58ml 를 첨가하여 산성 수용액을 제조하였다. 산성 수용액을 12.5ml/min의 속도로 제1 반응기에 포함된 양이온 수용액에 적가(dropwise addition) 방식으로 첨가하였다. 이때, 제1 반응기 내의 용액을 250RPM으로 교반하였다. 산성 수용액의 첨가가 완료된 후 반응기 내의 용액을 24시간 동안, 80°C에서, 250RPM으로 교반하며 숙성시켰다. 24시간의 숙성 과정이 끝난 후 휘트록카이트 결정을 수세하여 용액에 잔류한 이온을 제거하였다. 이때 수세는 침전물이 가라 앉아있는 상태에서 상층 수용액을 제거하고 물을 첨가하여 세척을 수행하는 디캔팅 방식을 통해 진행되었다 (D.W 500ml x 6EA). 수세가 끝난 결과물을 드라이 오븐에 넣고 90°C 의 온도에서 24시간동안 건조하여 휘트록카이트 결정을 수득하였다.
결과
각각의 방법을 통해 제조된 휘트록카이트 결정을 촬영한 사진은 도 12 내지 도 14에 개시된다. 도 12는 본 출원에 의해 제공되는 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 제조 및 건조한 후, 상기 건조된 샘플을 카메라로 촬영한 사진이다. 도 13은 도 12에 개시된 사진의 일부분을 확대한 것이다. 도 14는 종래의 방법에 따라 휘트록카이트 결정을 제조 및 건조한 후, 상기 건조된 샘플을 카메라로 촬영한 사진이다. 도 12 내지 도 14는 종래의 방법에 따라 제조 및 건조된 휘트록카이트 결정이, 본 출원에 의해 제공되는 방법에 따라 제조 및 건조된 휘트록카이트 결정보다 더 어그리게이션 되어 있음을 보여준다. 상기 결과는 본 출원에 의해 제공되는 방법에 따라 제조된 휘트록카이트 결정의 샘플이, 종래의 방법에 따라 제조된 휘트록카이트 결정의 샘플보다 사용 및/또는 가공이 더 편리할 수 있음을 보여준다.

Claims (13)

  1. 다음을 포함하는, 하이드록시아파타이트 결정의 생성 없이, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법:
    (i) 반응기에 인산 이온을 포함하는 제1 용액을 준비함, 이때 상기 제1 용액은 pH가 5 이하인 산성 용액임;
    (ii) 칼슘 이온 및 마그네슘 이온을 포함하는 제2 용액을 준비함, 이때 상기 제2 용액은 pH가 8 이상인 염기성 용액임;
    (iii) 산성인 상기 제1 용액이 포함된 반응기에 염기성인 상기 제2 용액을 첨가함, 이때 상기 제1 용액 및 상기 제2 용액이 혼합된 혼합 용액이 제조됨; 및
    (iv) 상기 반응기 내의 용액을 교반함, 이때 상기 반응기 내의 용액의 pH는 5 이하임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (iii)에서, 상기 반응기 내의 용액의 pH는 5 이하로 유지되는 것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방법의 전체 과정에서, 상기 반응기 내에 존재하는 용액의 pH는 5 이하인 것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 용액은 제1 시간동안 첨가되는 것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 용액은 일정한 속도로 첨가되고,
    상기 제1 시간은 120초 이하인 것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    (iii)에서, 상기 반응기 내의 용액은 교반되는 것을 특징으로 하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방법의 전체 과정에서 하이드록시아파타이트 결정은 생성되지 않는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 방법의 전체 과정에서 하이드록시아파타이트 결정은 생성되지 않고,
    이때 상기 방법을 통해 제조된 상기 휘트록카이트 결정은
    (a) 상기 반응기 내의 용액으로부터 직접 형성되거나;
    (b) 상기 하이드록시아파타이트 결정이 아닌 칼슘 원자를 포함하는 결정으로부터의 트랜스폼에 의해 형성되거나, 상기 하이드록시아파타이트 결정이 아닌 마그네슘 원자를 포함하는 결정으로부터의 트랜스폼에 의해 형성되거나, 또는 상기 하이드록시아파타이트 결정이 아닌 칼슘 원자 및 마그네슘 원자를 포함하는 결정으로부터의 트랜스폼에 의해 형성되거나; 또는
    (c) 상기 (a) 및 상기 (b)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는,
    산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 방법은 (iv) 로부터 수득된 결과물을 건조함을 더 포함하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    (v) 상기 방법은 (iv) 로부터 수득된 결과물을 세척함; 및
    (vi) (v)로부터 수득된 결과물을 건조함을 더 포함하는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 용액에 포함된 인 원자의 양은 제1 양이고, 상기 혼합 용액에 포함된 칼슘 원자의 양은 제2 양이고, 상기 혼합 용액에 포함된 마그네슘 원자의 양은 제3 양이며,
    이때 상기 제1 양 및 제2 양 사이의 비율, 상기 제2 양 및 제3 양 사이의 비율, 및 상기 제1 양 및 제3 양 사이의 비율 중에서 선택되는 어느 하나 이상은 다음 중 어느 하나 이상이 고려되어 결정되는, 산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법:
    휘트록카이트를 구성하는 인 원자, 칼슘 원자, 및 마그네슘 원자의 비(P:Ca:Mg);
    상기 혼합 용액의 pH는 5 이하임; 및
    상기 방법을 통해 제조된 고체의 90wt% 이상은 휘트록카이트 결정임.
  12. 제11항에 있어서,
    휘트록카이트를 구성하는 인 원자와 칼슘 원자의 비는 약 0.78이고,
    상기 혼합 용액에 포함된 인 원자의 양인 상기 제1 양과 상기 혼합 용액에 포함된 칼슘 원자의 양인 상기 제2 양의 비(P/Ca)는 0.78을 초과하는,
    산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 용액에 포함된 칼슘 원자의 몰 수와 상기 혼합 용액에 포함된 마그네슘 원자의 몰수의 비(Ca/Mg)는 2.2 내지 4.0인,
    산성 조건에서 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
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