KR20240066748A - Manufacturing method of plla/bcp composite, manufacturing method of bioactive support for bone tissue regeneration using the same and bioactive support for bone tissue regenration therefrom - Google Patents
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Abstract
본 발명은 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법, 이를 이용한 골조직 재생용 생체활성 지지체의 제조방법 및 골조직 재생용 생체활성 지지체의 제조방법으로 제조된 골조직 재생용 생체활성 지지체에 관한 것으로, 구체적으로 β-인산삼칼슘 과 수산화인회석을 포함하여 다공성 구조 및 미세 와이어 구조가 동시에 존재하는 이중 구조를 가짐으로써 비표면적이 증가되어 세포 이동 및 부착에 용이한 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법, 이를 이용한 골조직 재생용 생체활성 지지체의 제조방법 및 골조직 재생용 생체활성 지지체의 제조방법으로 제조된 골조직 재생용 생체활성 지지체에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a PLLA/BCP composite material, a method of manufacturing a bioactive scaffold for bone tissue regeneration using the same, and a bioactive scaffold for bone tissue regeneration manufactured by a method of manufacturing a bioactive scaffold for bone tissue regeneration, specifically, β- Method for manufacturing PLLA/BCP composite material, which has a dual structure containing tricalcium phosphate and hydroxyapatite and has a porous structure and a fine wire structure simultaneously, increasing the specific surface area and facilitating cell movement and attachment, using the same for bone tissue regeneration It relates to a method for manufacturing a bioactive scaffold and a bioactive scaffold for bone tissue regeneration manufactured by a method for manufacturing a bioactive scaffold for bone tissue regeneration.
Description
본 발명은 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법, 이를 이용한 골조직 재생용 생체활성 지지체의 제조방법 및 골조직 재생용 생체활성 지지체의 제조방법으로 제조된 골조직 재생용 생체활성 지지체에 관한 것으로, 구체적으로 β-인산삼칼슘과 수산화인회석을 포함하여 다공성 구조 및 미세 와이어 구조가 동시에 존재하는 이중 구조를 가짐으로써 비표면적이 증가되어 세포 이동 및 부착에 용이한 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법, 이를 이용한 골조직 재생용 생체활성 지지체의 제조방법 및 골조직 재생용 생체활성 지지체의 제조방법으로 제조된 골조직 재생용 생체활성 지지체에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a PLLA/BCP composite material, a method of manufacturing a bioactive scaffold for bone tissue regeneration using the same, and a bioactive scaffold for bone tissue regeneration manufactured by a method of manufacturing a bioactive scaffold for bone tissue regeneration, specifically, β- Method for manufacturing PLLA/BCP composite material, which has a dual structure containing tricalcium phosphate and hydroxyapatite and has a porous structure and a fine wire structure simultaneously, increasing the specific surface area and facilitating cell movement and attachment, using the same for bone tissue regeneration It relates to a method for manufacturing a bioactive scaffold and a bioactive scaffold for bone tissue regeneration manufactured by a method for manufacturing a bioactive scaffold for bone tissue regeneration.
전세계적으로 급속한 고령화와 더불어 현대사회의 발전으로 인한 산업재해 및 사고가 증가함에 따라 골 이식술의 수요가 늘어나고 있다. 골 이식술은 정형외과 및 신경외과 분야에서 관절염, 슬관절 손상 및 외상에 따른 골 결손부 등의 골 골 결함(Defect)을 치료하기 위하여 자가, 동종 또는 합성골을 사용하여 시행하고 있으며 이러한 골 이식물은 생체 내의 골조직과 동일한 조직이 다시 재생될 수 있도록 골 세포가 본래의 골 조직에 잘 부착되어 증식 및 분열할 수 있는 환경을 만들어줄 수 있는 것을 의미한다.As the number of industrial accidents and accidents increases due to the rapid aging of people worldwide and the development of modern society, the demand for bone grafting is increasing. Bone grafting is performed in the fields of orthopedics and neurosurgery using autologous, allogeneic, or synthetic bone to treat bone defects such as arthritis, knee joint damage, and bone defects due to trauma. This means that an environment can be created in which bone cells can adhere well to the original bone tissue and proliferate and divide so that the same tissue as bone tissue in vivo can be regenerated.
최근 골 이식재 시장에서는 표면 개질, 골 형성 성장인자의 융합 등과 같은 골 이식재의 골 재생 능력을 향상시키기 위한 기반 기술 개발이 이루어지고 있다. 골 이식재 시장의 흐름은 금속에서 세라믹, 고분자, 천연생체소재의 제품으로 발전하고 있으며 세계 시장 규모 또한 약 70억 $, CAGR 18.2 %를 기록하고 있다. 골 이식재 시장은 합성골에 대해 생체 적합성, 기계적 특성뿐 아니라 능동적 골 형성 유도에 의한 신속하고 지속적인 치료효과를 요구하고 있다. Recently, in the bone graft material market, basic technologies are being developed to improve the bone regeneration ability of bone graft materials, such as surface modification and fusion of osteogenic growth factors. The trend of the bone graft material market is evolving from metal to ceramic, polymer, and natural biomaterial products, and the global market size is also approximately $7 billion, recording a CAGR of 18.2%. The bone graft material market is demanding not only biocompatibility and mechanical properties for synthetic bone, but also rapid and sustained therapeutic effects by inducing active bone formation.
골조직 재생용 생체활성 지지체란 손상되거나 결손된 골부위에 이식 및 충진을 통해 골결손 부위를 지지해줌과 동시에 주변의 자가 골조직으로부터 골결손 부위로의 새로운 자자골 조직을 형성시키도록 하는 기능을 가진 생체 재료이다. 이에 3D 프린팅 기술은 다품종 소량생산에 적합하고 환자 맞춤형 제작이 가능하기 때문에 의료분야에서의 활용성이 매우 클 것으로 기대된다.A bioactive scaffold for bone tissue regeneration is a living organism that has the function of supporting the bone defect area through transplantation and filling of the damaged or missing bone area and at the same time allowing the formation of new autologous bone tissue from the surrounding autologous bone tissue to the bone defect area. It's a material. Accordingly, 3D printing technology is expected to have great utility in the medical field because it is suitable for small-quantity production of various types and allows for patient-customized production.
이상인산칼슘(BCP, biphasic calcium phosphate) 복합소재는 β-인산삼칼슘(Beta-Tri Calcium-Phosphate), 수산화인회석(Hydroxy Apatite) 복합소재(BET 약 0.5 ~ 0.7 m2/g)이며 PLLA(Poly-L-Lactide)가 혼합된 복합소재이다. BCP 복합소재는 생체적합성이 좋으며 천연생체소재로서 안정성이 높아 이를 이용한 골 이식재를 만들기 위한 많은 연구가 진행되고 있다.Biphasic calcium phosphate (BCP) composite material is β-Tri Calcium-Phosphate, Hydroxy Apatite composite material (BET approximately 0.5 ~ 0.7 m 2 /g), and PLLA (Poly It is a composite material mixed with -L-Lactide. BCP composite material has good biocompatibility and is highly stable as a natural biological material, so much research is being conducted to create bone graft materials using it.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 미세 와이어의 비율을 조절하여 표면을 개질하고 비표면적을 개선하며 골 이식재의 구조를 다양화하는 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법, 이를 이용한 골조직 재생용 생체활성 지지체의 제조방법 및 골조직 재생용 생체활성 지지체의 제조방법으로 제조된 골조직 재생용 생체활성 지지체를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to modify the surface by adjusting the ratio of fine wires, improve the specific surface area, and diversify the structure of bone graft materials, including a method for manufacturing PLLA/BCP composite materials, and a bioactive scaffold for bone tissue regeneration using the same. To provide a bioactive scaffold for bone tissue regeneration manufactured by a manufacturing method and a manufacturing method of a bioactive scaffold for bone tissue regeneration.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 실시상태는 β-인산삼칼슘을 원재료로 하여 1차 다공성 소결체를 성형시키는 제1 단계; 상기 1차 다공성 소결체를 수열합성하여 표면에 미세 와이어가 형성된 2차 다공성 소결체를 수득하는 제2 단계; 상기 2차 다공성 소결체를 초음파 처리하는 제3 단계; 및 초음파 처리된 상기 2차 다공성 소결체와 폴리-L-락타이드(PLLA, Poly-L-Lactide)를 혼합하여 3차 다공성 소결체를 수득하는 제4 단계를 포함하고, 상기 2차 다공성 소결체는 β-인산삼칼슘과 수산화인회석을 포함하는 이상 인산칼슘(BCP, biphasic calcium phosphate)을 포함하는 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법을 제공한다.One embodiment of the present invention includes a first step of forming a primary porous sintered body using β-tricalcium phosphate as a raw material; A second step of hydrothermally synthesizing the primary porous sintered body to obtain a secondary porous sintered body with fine wires formed on the surface; A third step of ultrasonically treating the secondary porous sintered body; And a fourth step of mixing the sonicated secondary porous sintered body with poly-L-lactide (PLLA, Poly-L-Lactide) to obtain a tertiary porous sintered body, wherein the secondary porous sintered body is β- A method for manufacturing a PLLA/BCP composite material containing biphasic calcium phosphate (BCP) containing tricalcium phosphate and hydroxyapatite is provided.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 단계는 β-인산삼칼슘 분말과 바인더를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계; 상기 제1 혼합물을 성형하여 성형체를 수득하는 단계; 상기 성형체를 1100 ℃ 이상 1200 ℃ 이하, 2 시간 이상 10 시간 이하 동안 소결하여 상기 1차 다공성 소결체를 수득하는 단계; 및 상기 1차 다공성 소결체를 세척하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first step includes preparing a first mixture by mixing β-tricalcium phosphate powder and a binder; Obtaining a molded body by molding the first mixture; Obtaining the primary porous sintered body by sintering the molded body at 1100°C or more and 1200°C or less for 2 hours or more and 10 hours or less; And it may include a step of washing the primary porous sintered body.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 단계는 상기 1차 다공성 소결체를 100 ℃ 이상 200 ℃ 이하의 온도, 20 시간 이상 70 시간 이하의 시간 동안 수열합성하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the second step may include hydrothermal synthesis of the primary porous sintered body at a temperature of 100°C or more and 200°C or less for a time of 20 hours or more and 70 hours or less.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 미세 와이어는 평균 직경이 0.5 μm 이상 1.8 μm 이하인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the fine wire may have an average diameter of 0.5 μm or more and 1.8 μm or less.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 미세 와이어는 평균 길이가 10 μm 이상 130 μm 이하인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the fine wire may have an average length of 10 μm or more and 130 μm or less.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 1차 다공성 소결체 비표면적에 대한 상기 2차 다공성 소결체 비표면적의 비가 1.2 내지 3.2인 것일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the ratio of the specific surface area of the secondary porous sintered body to the specific surface area of the primary porous sintered body may be 1.2 to 3.2.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 단계는 60 분 이상 240 분 이하 동안 초음파 처리하는 단계를 포함하는 것이며, 상기 초음파 처리는 1.6 A 이상 3.0 A 이하에서 수행되는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the third step includes ultrasonic treatment for 60 minutes or more and 240 minutes or less, and the ultrasonic treatment may be performed at 1.6 A or more and 3.0 A or less.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 단계는 용매와 함께 상기 2차 다공성 소결체를 초음파 처리하는 것이며, 상기 용매의 농도는 1 g/L 이상 100 g/L 이하로 조절하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the third step is to sonicate the secondary porous sintered body with a solvent, and the concentration of the solvent is adjusted to be 1 g/L or more and 100 g/L or less. It could be.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제4 단계는 초음파 처리된 상기 2차 다공성 소결체 100 중량부에 대해 폴리-L-락타이드(PLLA, Poly-L-Lactide) 50 중량부 이상 90 중량부 이하, 이상 인산칼슘 5 중량부 이상 50 중량부 이하로 혼합하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in the fourth step, 50 parts by weight or more and 90 parts by weight or less of poly-L-lactide (PLLA) is added to 100 parts by weight of the ultrasonic treated secondary porous sintered body. , may include the step of mixing 5 or more parts by weight of calcium phosphate and 50 or more parts by weight.
본 발명의 일 실시상태는 상기 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법에 의해 PLLA/BCP 복합소재를 마련하는 단계; 및 상기 PLLA/BCP 복합소재를 이용하여 3D 프린터로 지지체를 성형하는 단계;를 포함하는 것인 골조직 재생용 생체활성 지지체의 제조방법을 제공한다.One embodiment of the present invention includes preparing a PLLA/BCP composite material by the method for manufacturing the PLLA/BCP composite material; and forming a scaffold using a 3D printer using the PLLA/BCP composite material.
본 발명의 일 실시상태는 상기 골조직 재생용 생체활성 지지체의 제조방법에 의해 제조된 골조직 재생용 생체활성 지지체를 제공한다One embodiment of the present invention provides a bioactive scaffold for bone tissue regeneration manufactured by the method for manufacturing the bioactive scaffold for bone tissue regeneration.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, β-인산삼칼슘:수산화인회석을 4:1 내지 19:1의 중량비로 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, it may contain β-tricalcium phosphate:hydroxyapatite at a weight ratio of 4:1 to 19:1.
본 발명의 일 실시상태에 따른 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법은 미세 와이어의 비율을 조절하여 표면 개질하고 비표면적을 개선할 수 있다.The method of manufacturing a PLLA/BCP composite material according to an exemplary embodiment of the present invention can modify the surface and improve the specific surface area by adjusting the ratio of fine wires.
본 발명의 일 실시상태에 따른 골조직 재생용 생체활성 지지체의 제조방법은 골 이식재의 구조를 다양화시켜 혈액의 흡수 및 세포 흡착력을 개선할 수 있다.The method for manufacturing a bioactive scaffold for bone tissue regeneration according to an embodiment of the present invention can improve blood absorption and cell adsorption by diversifying the structure of the bone graft material.
본 발명의 일 실시상태에 따른 골조직 재생용 생체활성 지지체는 골 형성에 유리한 환경을 조성시킬 수 있다.The bioactive support for bone tissue regeneration according to an embodiment of the present invention can create an environment favorable for bone formation.
본 발명의 효과는 상술한 효과로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본원 명세서 및 첨부된 도면으로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effect of the present invention is not limited to the above-mentioned effect, and effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the present specification and the attached drawings.
도 1은 PLLA, BCP, 3차 다공성 소결체의 사진이다.
도 2는 골조직 재생용 생체활성 지지체의 사진 및 골조직 재생용 생체활성을 주사전자현미경으로 확대 촬영한 사진이다.
도 3은 1차 다공성 소결체의 표면을 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 4는 2차 다공성 소결체의 표면을 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 5는 3차 다공성 소결체의 표면을 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 6은 1차 다공성 소결체의 성분 그래프이다.
도 7은 2차 다공성 소결체의 성분 그래프이다.Figure 1 is a photograph of PLLA, BCP, and tertiary porous sintered body.
Figure 2 is a photograph of a bioactive scaffold for bone tissue regeneration and an enlarged photograph of the bioactivity for bone tissue regeneration using a scanning electron microscope.
Figure 3 is a photograph taken with a scanning electron microscope of the surface of the primary porous sintered body.
Figure 4 is a photograph taken with a scanning electron microscope of the surface of the secondary porous sintered body.
Figure 5 is a photograph taken with a scanning electron microscope of the surface of the tertiary porous sintered body.
Figure 6 is a graph of the components of the primary porous sintered body.
Figure 7 is a graph of the components of the secondary porous sintered body.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에 나타난 각 구성요소의 크기, 형태, 형상은 다양하게 변형될 수 있고, 명세서 전체에 대하여 동일/유사한 부분에 대해서는 동일/유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. In addition, the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed in this specification is not limited by the attached drawings, and all changes included in the spirit and technical scope of the present invention are not limited. It should be understood to include water, equivalents or substitutes. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts not related to the description have been omitted, and the size, shape, and shape of each component shown in the drawings may be modified in various ways, and the same/similar parts throughout the specification are omitted. The same/similar drawing symbols are given.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 “단계” 및 "과정" 등은 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하였다.The suffixes “step” and "process" for components used in the description below. etc. are given or used interchangeably only considering the ease of preparing specifications, and do not in themselves have distinct meanings or roles. Additionally, in describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed descriptions are omitted.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결, 접속, 접촉, 결합, 또는 적층"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결, 접속, 접촉, 결합, 또는 적층"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결, 접속, 접촉, 결합, 또는 적층"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(구비 또는 마련)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 “포함(구비 또는 마련)”할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected, connected, contacted, combined, or laminated" with another part, this means not only the case where it is "directly connected, connected, contacted, combined, or laminated" In addition, it also includes cases where it is "indirectly connected, connected, contacted, combined, or laminated" with another member in between. Additionally, when a part is said to “include (provide or provide)” a certain component, this does not exclude other components, unless specifically stated to the contrary, but rather “includes (provides or provides)” other components. “It means you can do it.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Additionally, terms including ordinal numbers, such as first, second, etc., used in this specification may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may also be named a first component.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.Throughout the specification of the present application, when it is said that a part "includes" a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.
본원 명세서 전체에서, 단위 "중량부"는 각 성분간의 중량의 비율을 의미할 수 있다.Throughout the specification herein, the unit "part by weight" may refer to the ratio of weight between each component.
본원 명세서 전체에서, "유리전이온도(Glass Temperature, Tg)"는 시차주사열계량법(Differnetial Scanning Analysis, DSC)을 이용하여 측정할 수 있으며, 구체적으로 DSC(Differential Scanning Calorimeter, DSC-STAR3, METTLER TOLEDO社)를 이용하여, 시료를 -60 ℃내지 150 ℃의 온도 범위에서 가열속도 5 ℃/min으로 승온하며, 상기 구간에서 2 회(cycle)의 실험을 진행하여 열변화량이 있는 지점으로 작성된 DSC 곡선의 중간점을 측정하여 유리전이온도를 구할 수 있다.Throughout the specification herein, "Glass Transition Temperature (Tg)" can be measured using Differential Scanning Analysis (DSC), and specifically, DSC (Differential Scanning Calorimeter, DSC-STAR3, Using METTLER TOLEDO, the sample was heated at a heating rate of 5 ℃/min in the temperature range of -60 ℃ to 150 ℃, and the experiment was conducted 2 times (cycle) in the above section, and the point with the amount of heat change was drawn up. The glass transition temperature can be obtained by measuring the midpoint of the DSC curve.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 일 실시상태는 β-인산삼칼슘을 원재료로 하여 1차 다공성 소결체를 성형시키는 제1 단계; 상기 1차 다공성 소결체를 수열합성하여 표면에 미세 와이어가 형성된 2차 다공성 소결체를 수득하는 제2 단계; 상기 2차 다공성 소결체를 초음파 처리하는 제3 단계; 및 초음파 처리된 상기 2차 다공성 소결체와 폴리-L-락타이드(PLLA, Poly-L-Lactide)를 혼합하여 3차 다공성 소결체를 수득하는 제4 단계를 포함하고, 상기 2차 다공성 소결체는 β-인산삼칼슘과 수산화인회석을 포함하는 이상 인산칼슘(BCP, biphasic calcium phosphate)을 포함하는 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법을 제공한다.One embodiment of the present invention includes a first step of forming a primary porous sintered body using β-tricalcium phosphate as a raw material; A second step of hydrothermally synthesizing the primary porous sintered body to obtain a secondary porous sintered body with fine wires formed on the surface; A third step of ultrasonically treating the secondary porous sintered body; And a fourth step of mixing the sonicated secondary porous sintered body with poly-L-lactide (PLLA, Poly-L-Lactide) to obtain a tertiary porous sintered body, wherein the secondary porous sintered body is β- A method for manufacturing a PLLA/BCP composite material containing biphasic calcium phosphate (BCP) containing tricalcium phosphate and hydroxyapatite is provided.
본 발명의 일 실시상태에 따른 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법은 미세 와이어의 비율을 조절하여 표면 개질하고 비표면적을 개선할 수 있다. β-인산삼칼슘과 수산화인회석을 포함하여 다공성 구조 및 미세 와이어 구조가 동시에 존재하는 이중 구조를 가짐으로써 비표면적이 증가되어 세포 이동 및 부착력을 향상시킬 수 있다.The method of manufacturing a PLLA/BCP composite material according to an exemplary embodiment of the present invention can modify the surface and improve the specific surface area by adjusting the ratio of fine wires. By having a dual structure containing β-tricalcium phosphate and hydroxyapatite, where a porous structure and a fine wire structure exist simultaneously, the specific surface area can be increased to improve cell migration and adhesion.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, β-인산삼칼슘을 원재료로 하여 1차 다공성 소결체를 성형시키는 제1 단계를 포함한다. 상술한 것과 같이 β-인산삼칼슘을 원재료로 하여 1차 다공성 소결체를 성형시키는 제1 단계를 포함함으로써, 다공 구조의 합성골 소재로 적용시 생체활성을 조절할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, it includes a first step of forming a primary porous sintered body using β-tricalcium phosphate as a raw material. As described above, by including the first step of forming a primary porous sintered body using β-tricalcium phosphate as a raw material, bioactivity can be adjusted when applied as a porous synthetic bone material.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 단계는 β-인산삼칼슘 분말과 바인더를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 성형하여 성형체를 수득하는 단계; 상기 성형체를 1100 ℃ 이상 1200 ℃ 이하, 2 시간 이상 10 시간 이하 동안 소결하여 상기 1차 다공성 소결체를 수득하는 단계; 및 상기 1차 다공성 소결체를 세척하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 제1 단계는 β-인산삼칼슘 분말과 바인더를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 성형하여 성형체를 수득하는 단계; 상기 성형체를 1100 ℃ 이상 1200 ℃ 이하, 2 시간 이상 10 시간 이하 동안 소결하여 상기 1차 다공성 소결체를 수득하는 단계; 및 상기 1차 다공성 소결체를 세척하는 단계;를 포함함으로써, 다공성 구조를 갖는 지지체의 생체활성을 유도할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first step includes preparing a first mixture by mixing β-tricalcium phosphate powder and a binder; Molding the mixture to obtain a molded body; Obtaining the primary porous sintered body by sintering the molded body at 1100°C or more and 1200°C or less for 2 hours or more and 10 hours or less; And it may include a step of washing the primary porous sintered body. As described above, the first step includes preparing a first mixture by mixing β-tricalcium phosphate powder and a binder; Molding the mixture to obtain a molded body; Obtaining the primary porous sintered body by sintering the molded body at 1100°C or more and 1200°C or less for 2 hours or more and 10 hours or less; And by including the step of washing the primary porous sintered body, bioactivity of the support having a porous structure can be induced.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 단계는 β-인산삼칼슘 분말과 바인더를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계를 포함한다. 상술한 것과 같이 상기 제1 단계가 β-인산삼칼슘 분말과 바인더를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계를 포함함으로써, 다공성 구조를 가질 수 있어 골 지지체의 소재로 사용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first step includes preparing a first mixture by mixing β-tricalcium phosphate powder and a binder. As described above, the first step includes preparing a first mixture by mixing β-tricalcium phosphate powder and a binder, so that it can have a porous structure and can be used as a material for bone support.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 β-인산삼칼슘은 분말 형태를 포함하는 것일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 β-인산삼칼슘은 분말 형태를 포함함으로써, β-인산삼칼슘의 용해도를 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the β-tricalcium phosphate may be in powder form. As described above, the solubility of β-tricalcium phosphate can be improved by containing the β-tricalcium phosphate in powder form.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 바인더는 에탄올, 셀룰로오스 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the binder may include one selected from the group consisting of ethanol, cellulose, and combinations thereof.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 혼합물을 제조하는 단계는 β-인산삼칼슘 분말 100 중량부에 대해 바인더 20 내지 60 중량부를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 상술한 범위에서 β-인산삼칼슘 분말 100 중량부에 대해 바인더의 중량부를 조절함으로써, β-인산삼칼슘의 용해도를 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the step of preparing the first mixture may include preparing the first mixture by mixing 20 to 60 parts by weight of a binder with respect to 100 parts by weight of β-tricalcium phosphate powder. . The solubility of β-tricalcium phosphate can be improved by adjusting the weight parts of the binder relative to 100 parts by weight of β-tricalcium phosphate powder within the above-mentioned range.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 혼합물은 슬러리 형태를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first mixture may include a slurry form.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 혼합물을 성형하여 성형체를 수득하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, it may include the step of molding the first mixture to obtain a molded body.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 성형체를 수득하는 단계는 스폰지 코팅법을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the step of obtaining the molded body may include a sponge coating method.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 성형체를 1100 ℃ 이상 1200 ℃ 이하, 2 시간 이상 10 시간 이하 동안 소결하여 상기 1차 다공성 소결체를 수득하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 상술한 범위에서 상기 성형체의 소결 온도 및 소결 시간을 조절함으로써, 상기 1차 다공성 소결체의 표면과 내부에 조대 기공 및 미세 기공이 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 성형체의 소결 온도가 1200 ℃를 초과하면 α-TCP가 형성될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, it may include the step of obtaining the primary porous sintered body by sintering the molded body at 1100°C or more and 1200°C or less for 2 hours or more and 10 hours or less. By adjusting the sintering temperature and sintering time of the molded body within the above-mentioned range, coarse pores and fine pores can be formed on the surface and inside the primary porous sintered body. Specifically, when the sintering temperature of the molded body exceeds 1200°C, α-TCP may be formed.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 1차 다공성 소결체를 세척하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 1차 다공성 소결체를 세척하는 단계를 포함함으로써, 불순물을 제거할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, it may include the step of washing the primary porous sintered body. As described above, impurities can be removed by including the step of washing the primary porous sintered body.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 1차 다공성 소결체를 수열합성하여 표면에 미세 와이어가 형성된 2차 다공성 소결체를 수득하는 제2 단계를 포함한다. 상술한 것과 같이 상기 1차 다공성 소결체를 수열합성하여 표면에 미세 와이어가 형성된 2차 다공성 소결체를 수득하는 제2 단계를 포함함으로써, 세포 이동 및 부착에 용이한 비표면적을 형성할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, it includes a second step of hydrothermally synthesizing the primary porous sintered body to obtain a secondary porous sintered body with fine wires formed on the surface. As described above, by including a second step of hydrothermally synthesizing the primary porous sintered body to obtain a secondary porous sintered body with fine wires formed on the surface, a specific surface area that is easy for cell movement and attachment can be formed.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 단계는 상기 1차 다공성 소결체를 100 ℃ 이상 200 ℃ 이하의 온도, 20 시간 이상 70 시간 이하의 시간 동안 수열합성하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 상술한 범위에서 상기 1차 다공성 소결체의 수열합성 온도 및 수열합성 시간을 조절함으로써, β-TCP의 일부가 미세 와이어 형태의 수산화인회석으로 전환되고 상기 미세 와이어의 직경 및 길이를 조절할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the second step may include hydrothermal synthesis of the primary porous sintered body at a temperature of 100°C or more and 200°C or less for a time of 20 hours or more and 70 hours or less. By adjusting the hydrothermal synthesis temperature and hydrothermal synthesis time of the primary porous sintered body within the above-described range, a portion of β-TCP is converted into hydroxyapatite in the form of a fine wire, and the diameter and length of the fine wire can be adjusted.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 미세 와이어는 평균 직경이 0.5 μm 이상 1.8 μm 이하인 것일 수 있다. 상술한 범위에서 상기 미세 와이어의 평균 직경을 조절함으로써, 상기 2차 다공성 소결체의 비표면적을 조절할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the fine wire may have an average diameter of 0.5 μm or more and 1.8 μm or less. By adjusting the average diameter of the fine wire within the above-mentioned range, the specific surface area of the secondary porous sintered body can be adjusted.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 미세 와이어는 평균 길이가 10 μm 이상 130 μm 이하인 것일 수 있다. 상술한 범위에서 상기 미세 와이어의 평균 길이를 조절함으로써, 상기 2차 다공성 소결체의 비표면적을 조절할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the fine wire may have an average length of 10 μm or more and 130 μm or less. By adjusting the average length of the fine wire within the above-mentioned range, the specific surface area of the secondary porous sintered body can be adjusted.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 1차 다공성 소결체 비표면적에 대한 상기 2차 다공성 소결체 비표면적의 비가 1.2 내지 3.2인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 1차 다공성 소결체 비표면적 1 m2/g에 대해 상기 2차 다공성 소결체 비표면적이 1.2 m2/g 내지 3.2 m2/g일 수 있으며, 상기 1차 다공성 소결체 비표면적 1 m2/g에 대해 상기 2차 다공성 소결체 비표면적이 1.6 m2/g 내지 2.4 m2/g인 것이 바람직하다. 상술한 범위에서 상기 1차 다공성 소결체 비표면적에 대해 상기 2차 다공성 소결체 비표면적을 조절함으로써, 골 흡착성 또는 부착성을 조절할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the ratio of the specific surface area of the secondary porous sintered body to the specific surface area of the primary porous sintered body may be 1.2 to 3.2. Specifically, the specific surface area of the secondary porous sintered body may be 1.2 m 2 /g to 3.2 m 2 /g with respect to the specific surface area of the primary porous sintered body of 1 m 2 /g, and the specific surface area of the primary porous sintered body may be 1 m 2 /g . It is preferable that the specific surface area of the secondary porous sintered body is 1.6 m 2 /g to 2.4 m 2 /g with respect to /g. By adjusting the specific surface area of the secondary porous sintered body relative to the specific surface area of the primary porous sintered body within the above-mentioned range, bone adsorption or adhesion can be adjusted.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 2차 다공성 소결체를 초음파 처리하는 제3 단계를 포함한다. 상술한 것과 같이 상기 2차 다공성 소결체를 초음파 처리하는 제3 단계를 포함함으로써, 미세 와이어의 비율을 조절하여 그에 따른 비표면적을 조절할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a third step of ultrasonically treating the secondary porous sintered body is included. As described above, by including the third step of sonicating the secondary porous sintered body, the ratio of fine wires can be adjusted to adjust the specific surface area accordingly.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 단계는 60 분 이상 240 분 이하의 시간동안 초음파 처리하는 단계를 포함하는 것이며, 상기 초음파 처리는 1.6 A 이상 3.0 A 이하의 전류에서 수행되는 것일 수 있다. 바람직하게는 상기 초음파 처리는 1.7 A 이상 2.8 A 이하, 또는 1.8 A 이상 2.6 A 이하, 보다 바람직하게는 2.0 A 이상 2.4 A 이하에서 수행될 수 있다. 상술한 범위에서 초음파 처리 I(A) 및 초음파 처리 시간을 조절함으로써, 미세 와이어의 비율을 조절하여 그에 따른 비표면적을 조절할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the third step includes ultrasonic treatment for a time of 60 minutes or more and 240 minutes or less, The ultrasonic treatment may be performed at a current of 1.6 A or more and 3.0 A or less. Preferably, the ultrasonic treatment may be performed at 1.7 A or higher and 2.8 A or lower, or 1.8 A or higher and 2.6 A or lower, more preferably 2.0 A or higher and 2.4 A or lower. By adjusting the ultrasonic treatment I(A) and the ultrasonic treatment time within the above-mentioned range, the ratio of fine wires can be adjusted and the specific surface area accordingly.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 단계는 용매와 함께 상기 2차 다공성 소결체를 초음파 처리하는 것이며, 상기 용매의 농도는 1 g/L 이상 100 g/L 이하로 조절하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 상술한 범위에서 상기 제3 단계는 용매와 함께 상기 2차 다공성 소결체를 초음파 처리하는 것이며 용매의 농도를 조절함으로써, 미세 와이어의 비율을 조절 하여 그에 따른 비표면적을 조절할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the third step is to sonicate the secondary porous sintered body with a solvent, and the concentration of the solvent is adjusted to be 1 g/L or more and 100 g/L or less. It could be. In the above-mentioned range, the third step is to sonicate the secondary porous sintered body with a solvent, and by adjusting the concentration of the solvent, the ratio of fine wires can be adjusted to adjust the specific surface area accordingly.
도 1은 PLLA, BCP(이상 인산칼슘, biphasic calcium phosphate), 3차 다공성 소결체의 사진이다. 도 1의 (a)는 PLLA의 사진이고, 도 1의 (b)는 BCP의 사진이며, 도 1의 (c)는 3차 다공성 소결체의 사진이다. 상기 도 1을 참고하여 본 발명의 일 실시상태인 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법을 구체적으로 설명한다.Figure 1 is a photograph of PLLA, BCP (biphasic calcium phosphate), and tertiary porous sintered body. Figure 1 (a) is a photograph of PLLA, Figure 1 (b) is a photograph of BCP, and Figure 1 (c) is a photograph of a tertiary porous sintered body. Referring to FIG. 1, the manufacturing method of the PLLA/BCP composite material, which is an exemplary embodiment of the present invention, will be described in detail.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 초음파 처리된 상기 2차 다공성 소결체와 폴리-L-락타이드(PLLA, Poly-L-Lactide)를 혼합하여 3차 다공성 소결체를 수득하는 제4 단계를 포함한다. 상술한 것과 같이 초음파 처리된 상기 2차 다공성 소결체와 폴리-L-락타이드(PLLA, Poly-L-Lactide)를 혼합하여 3차 다공성 소결체를 수득하는 제4 단계를 포함함으로써, 3D-프린팅이 가능한 소재를 제조할 수 있으며 생분해성 원료를 이용하여 생체안정성이 향상될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a fourth step is provided by mixing the ultrasonicated secondary porous sintered body with poly-L-lactide (PLLA, Poly-L-Lactide) to obtain a tertiary porous sintered body. By including a fourth step of obtaining a tertiary porous sintered body by mixing the ultrasonicated secondary porous sintered body and poly-L-Lactide (PLLA) as described above, 3D-printing is possible. The material can be manufactured and biostability can be improved by using biodegradable raw materials.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제4 단계는 초음파 처리된 상기 2차 다공성 소결체 100 중량부에 대해 폴리-L-락타이드(PLLA, Poly-L-Lactide) 50 중량부 이상 95 중량부 이하, 이상 인산칼슘 5 중량부 이상 50 중량부 이하로 혼합하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 상술한 범위에서 상기 제4 단계에서 초음파 처리된 상기 2차 다공성 소결체 100 중량부에 대해 폴리-L-락타이드(PLLA, Poly-L-Lactide)의 중량부 및 이상 인산칼슘의 중량부를 조절함으로써, 3D-프린팅을 용이하게 할 수 있고 생체안정성을 조절할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in the fourth step, 50 parts by weight or more and 95 parts by weight or less of poly-L-lactide (PLLA) is added to 100 parts by weight of the ultrasonic treated secondary porous sintered body. , may include the step of mixing 5 or more parts by weight of calcium phosphate and 50 or more parts by weight. By adjusting the weight parts of poly-L-lactide (PLLA, Poly-L-Lactide) and the weight parts of abnormal calcium phosphate with respect to 100 parts by weight of the secondary porous sintered body ultrasonicated in the fourth step within the above-mentioned range, 3D-printing can be facilitated and biostability can be controlled.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 2차 다공성 소결체는 β-인산삼칼슘과 수산화인회석을 포함하는 이상 인산칼슘(BCP, biphasic calcium phosphate)을 포함한다. 상술한 것과 같이 상기 2차 다공성 소결체는 β-인산삼칼슘과 수산화인회석을 포함하는 이상 인산칼슘(BCP, biphasic calcium phosphate)을 포함함으로써, 다공성 구조 및 미세 와이어 구조가 동시에 존재하는 이중 구조를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the secondary porous sintered body includes biphasic calcium phosphate (BCP) containing β-tricalcium phosphate and hydroxyapatite. As described above, the secondary porous sintered body contains biphasic calcium phosphate (BCP) containing β-tricalcium phosphate and hydroxyapatite, so it may have a dual structure in which a porous structure and a fine wire structure exist simultaneously. You can.
본 발명의 일 실시상태는 상기 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법에 의해 PLLA/BCP 복합소재를 마련하는 단계; 및 상기 PLLA/BCP 복합소재를 이용하여 3D 프린터로 지지체를 성형하는 단계;를 포함하는 것인 골조직 재생용 생체활성 지지체의 제조방법을 제공한다.One embodiment of the present invention includes preparing a PLLA/BCP composite material by the method for manufacturing the PLLA/BCP composite material; and forming a scaffold using a 3D printer using the PLLA/BCP composite material.
본 발명의 일 실시상태에 따른 골조직 재생용 생체활성 지지체의 제조방법은 골 이식재의 구조를 다양화시켜 혈액의 흡수 및 세포 흡착력을 개선할 수 있다.The method for manufacturing a bioactive scaffold for bone tissue regeneration according to an embodiment of the present invention can improve blood absorption and cell adsorption by diversifying the structure of the bone graft material.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법에 의해 PLLA/BCP 복합소재를 마련하는 단계를 포함한다. 상술한 것과 같이 상기 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법에 의해 PLLA/BCP 복합소재를 마련하는 단계를 포함함으로써, 골 재생 능력을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, it includes preparing a PLLA/BCP composite material by the method for manufacturing the PLLA/BCP composite material. As described above, bone regeneration ability can be improved by including the step of preparing the PLLA/BCP composite material by the manufacturing method of the PLLA/BCP composite material.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 PLLA/BCP 복합소재는 유리화온도(Tg)가 50 ℃ 이상인 생분해성 고분자로부터 합성될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the PLLA/BCP composite material can be synthesized from a biodegradable polymer having a vitrification temperature (T g ) of 50° C. or higher.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 PLLA/BCP 복합소재를 이용하여 3D 프린터로 지지체를 성형하는 단계를 포함한다. 상술한 것과 같이 상기 PLLA/BCP 복합소재를 이용하여 3D 프린터로 지지체를 성형하는 단계를 포함함으로써, 골조직 재생용 생체활성 지지체의 구조를 다양화할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, it includes the step of molding a support using a 3D printer using the PLLA/BCP composite material. As described above, by including the step of forming a scaffold using a 3D printer using the PLLA/BCP composite material, the structure of the bioactive scaffold for bone tissue regeneration can be diversified.
본 발명의 일 실시상태는 상기 골조직 재생용 생체활성 지지체의 제조방법에 의해 제조된 골조직 재생용 생체활성 지지체를 제공한다.One embodiment of the present invention provides a bioactive scaffold for bone tissue regeneration manufactured by the method for manufacturing the bioactive scaffold for bone tissue regeneration.
본 발명의 일 실시상태에 따른 골조직 재생용 생체활성 지지체는 골 형성에 유리한 환경을 조성시킬 수 있다.The bioactive support for bone tissue regeneration according to an embodiment of the present invention can create an environment favorable for bone formation.
도 2는 골조직 재생용 생체활성 지지체의 사진 및 골조직 재생용 생체활성을 주사전자현미경으로 확대 촬영한 사진이다. 상기 도 2를 참고하여 본 발명의 일 실시상태인 골조직 재생용 생체활성 지지체를 구체적으로 설명한다.Figure 2 is a photograph of a bioactive scaffold for bone tissue regeneration and an enlarged photograph of the bioactivity for bone tissue regeneration using a scanning electron microscope. With reference to FIG. 2, a bioactive support for bone tissue regeneration, which is an embodiment of the present invention, will be described in detail.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 골조직 재생용 생체활성 지지체는 격자 구조를 포함하는 것일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 골조직 재생용 생체활성 지지체는 격자 구조를 포함함으로써, 혈액의 흡수 및 비표면적 증가를 통한 세포 흡착력이 개선될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the bioactive support for bone tissue regeneration may include a lattice structure. As described above, the bioactive scaffold for bone tissue regeneration includes a lattice structure, thereby improving blood absorption and cell adsorption through increased specific surface area.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, β-인산삼칼슘:수산화인회석을 4:1 내지 19:1의 중량비로 포함하는 것일 수 있다. 상술한 범위에서 β-인산삼칼슘:수산화인회석의 중량비를 조절함으로써, 미세 와이어의 비율을 조절하여 비표면적을 조절할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, it may contain β-tricalcium phosphate:hydroxyapatite at a weight ratio of 4:1 to 19:1. By adjusting the weight ratio of β-tricalcium phosphate:hydroxyapatite in the above-mentioned range, the specific surface area can be adjusted by adjusting the ratio of fine wires.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the embodiments according to the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of this specification are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
실시예 1 (1차 다공성 소결체 제조)Example 1 (Preparation of primary porous sintered body)
β-인산삼칼슘 분말(Sigma Aldrich사) 1000 g과 바인더(에탄올:에틸셀룰로오스 = 10:2 중량비) 400 g를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하였다. 60 ppi의 폴리우레탄 스폰지(Polyether Polyethane-foam, Foam Partner Group, 독일)를 혼합물에 담가 폴리우레탄 스폰지의 표면에 혼합물을 코팅한 다음 오븐에 넣어 80 ℃에서 6 시간 동안 건조시켰다. 건조 후 폴리우레탄 스폰지를 전기로에 넣고 800 ℃에서 40 분 동안 가열 후 폴리우레탄 스폰지를 제거하여 성형체를 수득하였다. 상기 성형체를 전기로에 투입하여 1140 ℃에서 6 시간 동안 소결하여 1차 다공성 소결체를 수득하였다. 수득한 상기 1차 다공성 소결체를 분쇄한 후 초순수를 활용하여 초음파 세척하였다.A first mixture was prepared by mixing 1000 g of β-tricalcium phosphate powder (Sigma Aldrich) with 400 g of binder (ethanol:ethylcellulose = 10:2 weight ratio). A 60 ppi polyurethane sponge (Polyether Polyethane-foam, Foam Partner Group, Germany) was dipped into the mixture, the mixture was coated on the surface of the polyurethane sponge, and then placed in an oven to dry at 80°C for 6 hours. After drying, the polyurethane sponge was placed in an electric furnace and heated at 800° C. for 40 minutes, and then the polyurethane sponge was removed to obtain a molded body. The molded body was placed in an electric furnace and sintered at 1140° C. for 6 hours to obtain a primary porous sintered body. The obtained primary porous sintered body was pulverized and ultrasonically washed using ultrapure water.
실시예 2 (2차 다공성 소결체 제조)Example 2 (Manufacture of secondary porous sintered body)
초음파 세척된 1차 다공성 소결체(β-TCP 성분 95 % 이상, 결정화도 90 % 이상)를 테플론 배스에 담고 스테인리스 스틸 박스에 체결되어 150 ℃에서 20 ~ 100 시간 동안 유지하고 추가로 4 시간 30 분을 유지하는 수열합성을 진행하여 β-인산삼칼슘/수산화인회석(BCP) 기반 미세와이어가 형성된 2차 다공성 소결체를 수득하였다.The ultrasonically cleaned primary porous sintered body (β-TCP content of 95% or more, crystallinity of 90% or more) is placed in a Teflon bath, fastened to a stainless steel box, and kept at 150°C for 20 to 100 hours and an additional 4 hours and 30 minutes. By performing hydrothermal synthesis, a secondary porous sintered body with microwires based on β-tricalcium phosphate/hydroxyapatite (BCP) was obtained.
실시예 3 (3차 다공성 소결체 제조)Example 3 (Manufacture of tertiary porous sintered body)
상기 2차 다공성 소결체를 에탄올 용매 1 L에서 초음파 세기를 3 단계(1.8A)로, 60 분으로 조절하여 미세와이어의 비율을 조절하였다. 상기 초음파는 정격소비전류 1.3~3.5A, 정격소비전력 780 W, 발진주파수 40Khz인 초음파 장비를 사용하였다. 또한, 용매의 농도를 20 g/L으로, 추출 양을 10 g으로 제어하여 미세 와이어의 비율을 조절하였다. 에탄올에 분산되어 있는 미세 와이어를 피펫에이드로 추출하여 건조하였다.The ratio of fine wires was adjusted for the secondary porous sintered body by adjusting the ultrasonic intensity to 3 levels (1.8A) and 60 minutes in 1 L of ethanol solvent. The ultrasonic wave used ultrasonic equipment with a rated current consumption of 1.3 to 3.5 A, a rated power consumption of 780 W, and an oscillation frequency of 40 Khz. In addition, the ratio of fine wires was adjusted by controlling the solvent concentration to 20 g/L and the extraction amount to 10 g. The fine wires dispersed in ethanol were extracted with a pipette and dried.
미세 와이어의 비율이 조절된 상기 2차 다공성 소결체 10 g과 폴리-L-락타이드(PLLA, Poly-L-Lactide) 90 g을 혼합하여 제2 혼합물을 제조하였다. 상기 제2 혼합물을 230 ~ 290 ℃에서 rpm 5 ~ 7로 펠렛타이저를 이용하여 펠렛 형태로 압출하고 분쇄하여 PLLA/BCP 복합소재를 포함한 3차 다공성 소결체를 수득하였다.A second mixture was prepared by mixing 10 g of the secondary porous sintered body with the fine wire ratio adjusted and 90 g of poly-L-lactide (PLLA). The second mixture was extruded and pulverized into pellets using a pelletizer at 230 to 290°C at rpm 5 to 7 to obtain a tertiary porous sintered body including a PLLA/BCP composite material.
실시예 4 (골조직 재생용 생체활성 지지체 제조)Example 4 (Preparation of bioactive scaffold for bone tissue regeneration)
실시예 1에서 제조된 상기 3차 다공성 소결체를 180 ~ 230 ℃에서 80 ~ 200 kPa의 압력으로 용융 및 3D-프린터를 이용하여 골조직 재생용 생체활성 지지체를 제조하였다. 제조한 상기 골조직 재생용 생체활성 지지체를 초순수를 활용하여 초음파 세척 및 건조하였다.The tertiary porous sintered body prepared in Example 1 was melted at 180 to 230° C. at a pressure of 80 to 200 kPa and a 3D-printer was used to manufacture a bioactive scaffold for bone tissue regeneration. The prepared bioactive scaffold for bone tissue regeneration was ultrasonically cleaned and dried using ultrapure water.
실험예 1Experimental Example 1
실시예 1에서 제조된 상기 1차 다공성 소결체, 실시예 2에서 제조된 상기 2차 다공성 소결체 및 실시예 3에서 제조된 상기 3차 다공성 소결체의 특성 평가를 위해서 주사전자현미경으로 표면을 촬영하여 표면을 분석하였다.To evaluate the properties of the primary porous sintered body prepared in Example 1, the secondary porous sintered body prepared in Example 2, and the tertiary porous sintered body prepared in Example 3, the surface was photographed with a scanning electron microscope. analyzed.
도 3은 1차 다공성 소결체의 표면을 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다. 상기 도 3을 참고하면 상기 1차 다공성 소결체는 다공성 구조를 갖는 것이 확인되었다.Figure 3 is a photograph taken with a scanning electron microscope of the surface of the primary porous sintered body. Referring to FIG. 3, it was confirmed that the primary porous sintered body had a porous structure.
도 4는 2차 다공성 소결체의 표면을 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다. 상기 도 4를 참고하면 상기 2차 다공성 소결체는 기공과 미세 와이어 구조가 동시에 존재하는 이중 구조인 것이 확인되었다. 즉, 상기 2차 다공성 소결체는 3차원 미세 와이어 구조를 형성하여 세포 이동 및 부착에 용이한 비표면적을 가지며 연결된 형태의 기공들이 존재하는 것을 확인하였다.Figure 4 is a photograph taken with a scanning electron microscope of the surface of the secondary porous sintered body. Referring to FIG. 4, it was confirmed that the secondary porous sintered body had a dual structure in which pores and a fine wire structure existed simultaneously. That is, it was confirmed that the secondary porous sintered body formed a three-dimensional fine wire structure, had a specific surface area that facilitated cell movement and attachment, and had connected pores.
도 5는 3차 다공성 소결체의 표면을 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다. 상기 도 5를 참고하면 상기 3차 다공성 소결체는 기공과 미세 와이어 구조가 동시에 존재하는 이중 구조이며, PLLA를 포함하는 것이 확인되었다.Figure 5 is a photograph taken with a scanning electron microscope of the surface of the tertiary porous sintered body. Referring to FIG. 5, it was confirmed that the tertiary porous sintered body has a dual structure in which pores and a fine wire structure exist simultaneously, and that it contains PLLA.
실험예 2Experimental Example 2
실시예 1에서 제조된 상기 1차 다공성 소결체, 실시예 2에서 제조된 상기 2차 다공성 소결체의 성분 평가를 위해서 XRD(X-ray Diffraction)를 이용해 성분을 분석하였다.To evaluate the components of the primary porous sintered body prepared in Example 1 and the secondary porous sintered body prepared in Example 2, the components were analyzed using XRD (X-ray Diffraction).
도 6은 1차 다공성 소결체의 성분 그래프이다. 상기 도 6을 참고하면 1차 다공성 소결체의 성분은 Ca(PO4)2를 포함하며 분율은 100 %인 것을 확인할 수 있었다.Figure 6 is a graph of the components of the primary porous sintered body. Referring to FIG. 6, it was confirmed that the components of the primary porous sintered body included Ca(PO 4 ) 2 and the fraction was 100%.
도 7은 2차 다공성 소결체의 성분 그래프이다. 상기 도 7을 참고하면, 빨간색의 Ca3(PO4)2는 monoclinic (04-010-5152)의 cell type 상을 가지며 2차 다공성 소결체 중 81.7 %를 차지하고, 파란색의 Ca3(PO4)2는 hexagonal (04-001-7104)의 cell type 상을 가지며 2차 다공성 소결체 중 3.5 %를 차지하고, 수산화인회석은 14.8 %를 차지하는 것을 확인하였다. 따라서 2차 다공성 소결체가 β-TCP 다공 구조 및 수산화인회석 미세 와이어 구조를 동시에 포함하여 세포 이동 및 부착에 용이한 비표면적을 가져 우수한 골 형성 유도성을 가질 수 있는 것을 확인하였다.Figure 7 is a graph of the components of the secondary porous sintered body. Referring to FIG. 7, red Ca 3 (PO 4 ) 2 has a cell type of monoclinic (04-010-5152) and accounts for 81.7% of the secondary porous sintered body, and blue Ca 3 (PO 4 ) 2 It was confirmed that it has a cell type of hexagonal (04-001-7104) and accounts for 3.5% of the secondary porous sintered body, and hydroxyapatite accounts for 14.8%. Therefore, it was confirmed that the secondary porous sintered body simultaneously contains a β-TCP porous structure and a hydroxyapatite fine wire structure, has a specific surface area that facilitates cell movement and attachment, and can have excellent osteogenesis inducibility.
실험예 3Experimental Example 3
실시예 1의 상기 2차 다공성 소결체가 초음파 처리될 시, 용매의 농도에 따라 미세 와이어의 분율이 조절된 것을 확인하였다. 미세와이어의 분율이 조절됨에 따라 비표면적 및 표면 거칠기를 증가시킬 수 있다.It was confirmed that when the secondary porous sintered body of Example 1 was ultrasonicated, the fraction of fine wires was adjusted depending on the concentration of the solvent. As the fraction of fine wires is adjusted, the specific surface area and surface roughness can be increased.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described in terms of limited embodiments in the above, the present invention is not limited thereto, and the technical idea of the present invention and the patent claims described below will be understood by those skilled in the art in the technical field to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equality.
Claims (12)
상기 1차 다공성 소결체를 수열합성하여 표면에 미세 와이어가 형성된 2차 다공성 소결체를 수득하는 제2 단계;
상기 2차 다공성 소결체를 초음파 처리하는 제3 단계; 및
초음파 처리된 상기 2차 다공성 소결체와 폴리-L-락타이드(PLLA, Poly-L-Lactide)를 혼합하여 3차 다공성 소결체를 수득하는 제4 단계를 포함하고,
상기 2차 다공성 소결체는 β-인산삼칼슘과 수산화인회석을 포함하는 이상 인산칼슘(BCP, biphasic calcium phosphate)을 포함하는 것인 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법.A first step of forming a primary porous sintered body using β-tricalcium phosphate as a raw material;
A second step of hydrothermally synthesizing the primary porous sintered body to obtain a secondary porous sintered body with fine wires formed on the surface;
A third step of ultrasonically treating the secondary porous sintered body; and
A fourth step of mixing the sonicated secondary porous sintered body with poly-L-lactide (PLLA) to obtain a tertiary porous sintered body,
A method of manufacturing a PLLA/BCP composite material, wherein the secondary porous sintered body contains biphasic calcium phosphate (BCP) containing β-tricalcium phosphate and hydroxyapatite.
상기 제1 단계는 β-인산삼칼슘 분말과 바인더를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계;
상기 제1 혼합물을 성형하여 성형체를 수득하는 단계;
상기 성형체를 1100 ℃ 이상 1200 ℃ 이하, 2 시간 이상 10 시간 이하 동안 소결하여 상기 1차 다공성 소결체를 수득하는 단계; 및
상기 1차 다공성 소결체를 세척하는 단계;를 포함하는 것인 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법.According to claim 1,
The first step includes preparing a first mixture by mixing β-tricalcium phosphate powder and a binder;
Obtaining a molded body by molding the first mixture;
Obtaining the primary porous sintered body by sintering the molded body at 1100°C or more and 1200°C or less for 2 hours or more and 10 hours or less; and
A method of manufacturing a PLLA/BCP composite material comprising the step of washing the primary porous sintered body.
상기 제2 단계는 상기 1차 다공성 소결체를 100 ℃ 이상 200 ℃ 이하의 온도, 20 시간 이상 70 시간 이하의 시간 동안 수열합성하는 단계를 포함하는 것인 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법.According to claim 1,
The second step is a method of producing a PLLA/BCP composite material comprising hydrothermal synthesis of the primary porous sintered body at a temperature of 100 ℃ or more and 200 ℃ or less for a time of 20 hours or more and 70 hours or less.
상기 미세 와이어는 평균 직경이 0.5 μm 이상 1.8 μm 이하인 것인 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법.According to claim 1,
A method of manufacturing a PLLA/BCP composite material, wherein the fine wire has an average diameter of 0.5 μm or more and 1.8 μm or less.
상기 미세 와이어는 평균 길이가 10 μm 이상 130 μm 이하인 것인 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법.According to claim 1,
A method of manufacturing a PLLA/BCP composite material, wherein the fine wire has an average length of 10 μm or more and 130 μm or less.
상기 1차 다공성 소결체 비표면적에 대한 상기 2차 다공성 소결체 비표면적의 비가 1.2 내지 3.2인 것인 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법.According to claim 1,
A method for producing a PLLA/BCP composite material, wherein the ratio of the specific surface area of the secondary porous sintered body to the specific surface area of the primary porous sintered body is 1.2 to 3.2.
상기 제3 단계는 60 분 이상 240 분 이하 동안 초음파 처리하는 단계를 포함하는 것이며,
상기 초음파 처리는 1.6 A 이상 3.0 A 이하에서 수행되는 것인 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법.According to claim 1,
The third step includes sonication for more than 60 minutes and less than 240 minutes,
The ultrasonic treatment is performed at 1.6 A or more and 3.0 A or less. Manufacturing method of PLLA/BCP composite material.
상기 제3 단계는 용매와 함께 상기 2차 다공성 소결체를 초음파 처리하는 것이며,
상기 용매의 농도는 1 g/L 이상 100 g/L 이하로 조절하는 단계를 포함하는 것인 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법.According to claim 1,
The third step is to sonicate the secondary porous sintered body with a solvent,
A method of producing a PLLA/BCP composite material comprising the step of adjusting the concentration of the solvent to 1 g/L or more and 100 g/L or less.
상기 제4 단계는 초음파 처리된 상기 2차 다공성 소결체 100 중량부에 대해 폴리-L-락타이드(PLLA, Poly-L-Lactide) 50 중량부 이상 90 중량부 이하, 이상 인산칼슘 5 중량부 이상 50 중량부 이하로 혼합하는 단계를 포함하는 것인 PLLA/BCP 복합소재의 제조방법.According to claim 1,
In the fourth step, 50 to 90 parts by weight of poly-L-lactide (PLLA) and 50 to 50 parts by weight of calcium phosphate are added to 100 parts by weight of the ultrasonic treated secondary porous sintered body. A method of manufacturing a PLLA/BCP composite material comprising mixing less than 100 parts by weight.
상기 PLLA/BCP 복합소재를 이용하여 3D 프린터로 지지체를 성형하는 단계;를 포함하는 것인 골조직 재생용 생체활성 지지체의 제조방법.Preparing a PLLA/BCP composite material by the method for producing a PLLA/BCP composite material according to any one of claims 1 to 9; and
A method for manufacturing a bioactive scaffold for bone tissue regeneration, comprising: forming a scaffold using a 3D printer using the PLLA/BCP composite material.
β-인산삼칼슘:수산화인회석을 4:1 내지 19:1의 중량비로 포함하는 것인 골조직 재생용 생체활성 지지체.
According to claim 11,
A bioactive scaffold for bone tissue regeneration comprising β-tricalcium phosphate:hydroxyapatite in a weight ratio of 4:1 to 19:1.
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Also Published As
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