WO2011129533A2 - 인공뼈 제조방법 - Google Patents

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WO2011129533A2
WO2011129533A2 PCT/KR2011/001943 KR2011001943W WO2011129533A2 WO 2011129533 A2 WO2011129533 A2 WO 2011129533A2 KR 2011001943 W KR2011001943 W KR 2011001943W WO 2011129533 A2 WO2011129533 A2 WO 2011129533A2
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slurry
dense
prepared
artificial bone
porous
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김민성
하성민
최영묵
황창규
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주식회사 메타바이오메드
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L17/00Materials for surgical sutures or for ligaturing blood vessels ; Materials for prostheses or catheters
    • A61L17/06At least partially resorbable materials
    • A61L17/10At least partially resorbable materials containing macromolecular materials
    • A61L17/12Homopolymers or copolymers of glycolic acid or lactic acid

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing artificial bone, and more specifically, the configuration of the artificial bone is formed by a composite structure of a porous body having a plurality of holes and a compact body having no holes, It relates to a method of manufacturing artificial bone that can compensate for the disadvantages of each configuration.
  • the porous body is prepared by mixing a material (pore former) that forms pores with a material that is a raw material of artificial bone, making a slurry, and drying and sintering the densified body, which is different from the porous body manufacturing process.
  • a feature of the present invention is that the dense body and the porous body simultaneously exist in one artificial bone structure.
  • the support is manufactured using various calcium phosphate-based materials having excellent biocompatibility and bioactivity, and then used as artificial bone.
  • the existing artificial bone structure has only a dense structure without pores, or is formed only with a porous structure in which blood flow can flow through pores connected in three dimensions.
  • the porous body has three-dimensional pores, so the new bone formation is fast, but the strength is weak, so it can not be used in the area under the force.
  • the object of the present invention unlike the existing artificial bone structure, the dense body and the porous body are present in one bone structure together, forming a complex, respectively While utilizing the advantages of the structure, to provide a method of manufacturing artificial bone that can complement the disadvantages.
  • the porous body and the dense body is formed as a single body from the manufacturing step, to provide a method of manufacturing artificial bones does not occur peeling phenomenon that the porous body and the dense body is separated from each other during use.
  • the present invention provides a support (artificial bone complex) in which a dense structure and a porous structure of calcium phosphate-based apatite are combined.
  • the present invention is to prepare a slurry by adding a gelling material and a pore-forming agent to the calcium phosphate-based powder and to prepare a slurry having a different pore-forming agent after gelling the slurry prepared in the step. It provides a method for producing a double or more complex support of the dense structure and the porous structure, including the step of pouring into the prepared slurry, gelling, drying and sintering.
  • the double or more composite support according to the present invention has physical properties that can be used as artificial bones.
  • the main constituents of the composite structure support according to the present invention are calcium phosphate-based apatite, and preferably include apatite hydroxide substituted with silicon and magnesium, calcium triphosphate, and composites thereof.
  • the method for producing a double or more composite structure support using a gelling agent for gelling the slurry and a pore forming agent having a pore structure, the layer layer of the slurry having a different content of the pore forming agent in turn gelled by drying After that, the sintering process is carried out, and the portion containing the pore-forming agent is characterized in that the porous body, the portion does not enter the dense body.
  • the artificial bone manufactured by the manufacturing method of the present invention has a dense body and a porous body together in one bone structure, and forms a complex to take advantage of the advantages of each structure.
  • the shortcomings can be complemented.
  • the porous body and the compact body is formed as a single body from the manufacturing step, there is an advantage that the separation phenomenon that the porous body and the compact body separated from each other during use does not occur.
  • the composite structure support according to the present invention can be prepared with various composite components according to the starting material, the structure is made of a dense structure and a porous structure, and because the structure and strength of the living bone is similar to the hard tissue of the human body in a wide range It can be usefully used as a substitute tissue repair material and bone graft material.
  • Figure 1 shows the data obtained through the X-ray diffractometer with the results of different component ratios of the starting material for the prepared composite structure support.
  • Figure 2 is a composite prepared by the present invention, the porous body shows the shape of the composite in the form of a cylindrical outer body wrapped around the dense body.
  • Figure 3 is a composite prepared by the present invention, showing the shape of the composite in the form of a dense body in the center and the porous body is stacked up and down.
  • Figure 4 is a composite produced by the present invention, showing the shape of the composite in the form of a porous body in the center and the compact body is stacked up and down.
  • FIG. 5 is an enlarged photograph of a porous structure and a dense structure adjacent portion.
  • the present invention relates to a method for producing artificial bone, which is a support in which a dense structure and a porous structure of calcium phosphate system including hydroxyapatite are combined.
  • the main component of the composite structure support (artificial bone composite) according to the present invention is a calcium phosphate-based apatite, preferably containing apatite hydroxide substituted with silicon and magnesium, calcium triphosphate, composites thereof, Gelling, curing and dispersing agents are added.
  • the method for producing a double or more composite structure support using a gelling agent for gelling the slurry and a pore forming agent having a pore structure, the layer layer of the slurry having a different content of the pore forming agent in turn gelled by drying After that, it is characterized by performing a sintering process.
  • the porous body and the dense body may be made of double layers, or triple layers and more layers.
  • Hydroxyapatite (hydroxyapatite) is wet milled for more than 48 hours using a ball mill, the milled powder is dried and separated using a sieve screen of 325 mesh per inch.
  • Amine 3, 3'-iminodipropylamine 8g as a curing agent; And polyacrylic acid sodium salt (4 g, 38-50% by weight) as a dispersant and stir well.
  • hydroxyapatite powder which is the main raw material of artificial bone
  • the mass of calcium phosphate such as hydroxyapatite can be selected from about 40 to 77% of the total mass immediately after the calcium phosphate is added.
  • the slurry is poured into a mold and gelated at 45-55 ° C. for about 1 hour. In this way, a compact body is prepared.
  • the dense body of the present invention has a porosity of more than 0% and less than 20%.
  • PMMA beads PMMA bead (500 ⁇ m)
  • Pore formers are selectable within the range of 5 to 35% of the calcium phosphate mass.
  • the structure of the pore body is different from the structure of the dense body in that a pore-forming agent is added.
  • the porous part is prepared with a porosity of 20 to 90%.
  • the dense slurry is poured into a mold in the porous body (the middle layer of FIG. 4) and gelled at 45-55 ° C. for about 1 hour.
  • the gelled block (a state in which the dense body, the porous body and the dense body are stacked) is dried for 24 hours at 60 ° C. and 6 hours at 90 ° C., followed by sintering at 1200 ° C. for 6 hours in a sintering furnace, followed by natural cooling.
  • the support hereinafter referred to as "composite" in which the dense structure and the porous structure are combined can be completed.
  • the drying time and temperature is not limited to the above-mentioned range, but may be variously applied over 24 to 72 hours in the range of 30 to 100 ° C. However, preferably dry for 24 to 48 hours in the range of 50 ⁇ 90 °C.
  • the gelling agent may be an amide monomer such as Acrylamide, agar, natural polysaccharides such as gelatin, Methyl cellulose (MC), epoxy resin, etc., pore-forming agent may be used PMMA, Polymer bead, naphthalene and the like.
  • the pore-forming agent may use a size of 100 ⁇ 1,000 ⁇ m, it is preferable to use a size of 300 ⁇ 700 ⁇ m.
  • the method of laminating the slurry described above was performed by laminating the slurry with the pore-forming agent and the slurry without the slurry, but the present invention is not limited thereto. It can also be prepared by the method of putting in a slurry corresponding to) and gelling. That is, a method of manufacturing artificial bone having a multilayer structure (lamination structure) of a porous body and a dense body manufactured by combining the procedure of Example 1 is also possible.
  • Example 1 after the dense gelation is performed, the step of pouring the porous slurry into the slurry may be omitted, and the gelled dense substance may be introduced into the porous slurry, and then subjected to gelation and dry sintering. The reverse is also possible.
  • the sintering process is not limited to the above-described conditions, it can be variously applied within the range of 2 to 8 hours in the range of 1,000 ⁇ 1,300 °C at a temperature rising rate of 0.5 ⁇ 1 °C / min. However, preferably it is appropriate to perform 2 to 6 hours in the range of 1,100 ⁇ 1,250 °C.
  • the pore-forming agent and the organic material in the dry body are burned away to form pores, and the interfacial portion to which the porous body structure and the dense body structure adhere to each other melts and adheres to each other.
  • the bond is formed to form a composite support.
  • FIG. 5 is an enlarged photograph of a porous structure and a dense structure adjacent portion.
  • the composite structure support prepared by the manufacturing method of the present invention can be made of a porous structure while making the surface dense, and vice versa. Therefore, the composite structural support of the present invention can be used as a tissue repair material and bone graft material that can replace human hard tissue because it is most similar to the structural form of the living bone and can satisfy the physical properties.
  • Distilled water Distilled water, gelling agent which is one of amide monomer, natural polysaccharide, Methyl cellulose (MC), epoxy resin, amine type 3, 3'-iminodipropylamine as a curing agent, and polyacrylic acid sodium salt as a dispersant
  • the blending ratio (mass ratio) of polyacrylic acid sodium salt (38 to 50% by weight) is not limited to the specific mass described above, and the mass ratio may be selected from the ratio of 18 to 50: 2.7 to 8: 0.8 to 2: 0.3 to 2. .
  • FIG. 3 may be manufactured in a structure different from that of FIG. 4 by using the method of manufacturing the porous body and the compact body, only the order of manufacturing the porous body, the compact body, and the porous body.
  • Example 1 Except for using the powder used in Example 1 70% hydroxyapatite, ⁇ -tricalcium phosphate Si-hydroxyapatite 30%, dense structure and porous structure in the same manner as in Example 1 It is possible to prepare a complexed support.
  • Example 1 Except for using only the powder used in Example 1 as ⁇ -tricalcium phosphate Si-hydroxyapatite ( ⁇ -tricalcium phosphate Si-hydroxyapatite), in the same manner as in Example 1 to prepare a support having a compact structure and a porous structure complex Can be.
  • a gelling solution 10 g of agar was added to 100 g of distilled water, and stirred well at 100 ° C. or more for at least 10 minutes. Then, the agar solution was poured into the hydroxyapatite solution to prepare a slurry. The prepared slurry is poured into a mold and cooled to 15 ° C. or less to gel.
  • the sintered furnace was sintered at 1200 ° C for 6 hours, and then naturally cooled to support the composite having a dense structure and a porous structure (artificial Bone complex) production is terminated.
  • composition ratio of each starting material was changed with respect to the prepared composite structure supporter, and the results were obtained by using X-ray diffractometer. Same as FIG. 1.
  • Table 1 NO. Starting material ratio Support component ratio after sintering A. HA 90% ⁇ -TCP 10% HA 90% ⁇ -TCP 10% B. HA 90% ⁇ -TCP 10% HA 90% ⁇ -TCP 10% C. HA 90% ⁇ -TCP 10% HA 90% ⁇ -TCP 10% D. HA 90% ⁇ -TCP 10% HA 90% ⁇ -TCP 10%
  • Example 1 the composite structure support was prepared, and each of the dense body and the porous body made of only a single structure without compounding was prepared, respectively, and the compressive strength and porosity were measured to determine whether the present invention had physical properties to replace the hard tissue. Confirmed.
  • Compressive strength was measured by using TIRA's (Model: TIRAtest 2810) UTM equipment and repeatedly measuring the compressive strength five times at 0.5 mm / min head speed. The measured values were averaged with the remaining values except for the maximum value and the minimum value.
  • the dry weight, suspension weight, and wet weight of the test specimens were measured, respectively, and the porosity was measured five times using the Archimedes method. The measured values were averaged with the remaining values except for the maximum value and the minimum value.
  • the space of the blood flow may be secured due to the high porosity, but there is a risk that the support may be broken due to the low compressive strength.
  • the compressive strength is satisfactory enough as a support, but the pore site can help create new bone by creating a space of blood flow.
  • the present invention is used in a variety of surgical operations, such as implant tissue fixation, in particular can be applied to various endoscopy surgery.

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Abstract

본 발명은 1차로 PGLA (polyglycolide-co-L-lactide) FDY(fully drawing yarn)을 브레이딩 한 다음에 다시 위 부분의 브레이딩 된 부분을 코어로 넣고, 브레이딩하여 말단 루프 수술용 봉합사를 제조한 다음 이 실을 바늘에 부착하여 제조하는 말단 루프 생분해 수술용 봉합사의 제조방법에 관한 것이다.

Description

인공뼈 제조방법
본 발명은 인공뼈의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 인공뼈의 구성을, 다수의 구멍을 가진 다공체(多孔體)와 구멍이 없는 치밀체(緻密體)의 복합구조로 하여 형성하여, 각 구성의 단점을 보완할 수 있는 인공뼈 제조 방법에 관한 것이다.
상기 다공체는 인공뼈의 원료가 되는 물질에 기공을 형성하는 물질(기공형성제)을 혼합하여 슬러리를 만든 후, 건조 및 소결하여 제조하며, 상기 치밀체는 상기 다공체 제조공정과는, 기공형성제를 혼합하지 않는다는 점에서 차이가 나며, 본 발명의 특징은 하나의 인공뼈 구조물 내에 상기 치밀체와 다공체가 동시에 존재한다는 점이다.
인간의 뼈는 무기질 성분이 60내지 70%를 차지하고 있으므로, 생체적합성과 생체활성이 우수한 인산칼슘계 물질들을 이용하여 여러 방법으로 지지체를 제조한 후 이를 인공뼈로 사용하고 있다.
그러나 기존의 인공뼈 구조는 기공이 없는 치밀체 구조로만 되어 있거나, 혹은 삼차원적으로 기공이 연결되어 혈류가 흘러 다닐 수 있는 다공체 구조로만 형성되어 있다.
이들 각각의 인공뼈 구조들은 장단점을 갖고 있으며, 치밀체의 경우에는 강도가 높아서 힘을 받는 부위에 사용되지만, 혈류가 흐를 수 없다는 단점이 있기 때문에 신생골(新生骨) 형성이 매우 느리다.
반면, 다공체의 경우에는 삼차원적인 기공을 가지고 있어서 신생골 형성이 빠르지만 강도가 약하므로 힘을 받는 부위에는 사용할 수 없다는 단점을 가진다.
따라서 각각의 구조들은 사용 부위와 특성을 신중하게 고려하여 사용하지 않으면 안되며, 만약 각각의 취약한 부분을 고려치 아니하고 사용할 경우, 인체에 치명적인 해를 가할 수 있다.
본 발명의 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기존의 인공뼈 구조와는 달리, 하나의 뼈 구조물 내에 치밀체와 다공체가 함께 존재하며, 복합체를 형성하고 있는 바, 각각의 구조가 가지는 장점을 살리면서, 단점을 상호 보완 할 수 있는 인공뼈 제조 방법을 제공하고자 한다.
나아가 인체 중 인공뼈 사용부위의 제약을 받지 않고 사용할 수 있는 인공뼈 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 다공체와 치밀체가 제조 단계에서부터 하나의 몸체로 형성되어, 사용 도중 다공체와 치밀체가 서로 분리되는 박리현상이 발생되지 않는, 인공뼈 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 수산화아파타이트를 포함한 인산칼슘계의 치밀구조와 다공구조가 복합화된 지지체(인공뼈 복합체)를 제공한다.
본 발명은 인산칼슘계 분말을 겔화 물질과 기공형성제를 넣어 슬러리(slurry)를 제조하는 단계 및 상기 단계에서 제조된 슬러리를 겔(gel)화시키킨 후 기공형성제의 함량이 다른 슬러리를 제조된 슬러리에 붓고 겔화시켜 건조와 소결하는 단계를 포함하는, 치밀구조와 다공구조의 이중이상의 복합화 된 지지체의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 이중이상의 복합구조 지지체는 인공뼈로서 사용할 수 있는 물리적 특성을 갖추고 있다.
본 발명에 따른 복합구조 지지체의 주요 구성성분은 인산칼슘계로서 바람직하게는 수산화아파타이트 및 실리콘 및 마그네슘이 치환된 수산화 아파타이트, 제삼인산칼슘, 이들의 복합물을 포함한다.
또한 본 발명에 따른 이중이상의 복합구조 지지체의 제조방법은, 슬러리를 겔화시키는 겔화제 및 기공구조를 갖게하는 기공형성제를 사용하며, 기공형성제의 함량이 서로 다른 슬러리를 차례대로 층층이 겔화시켜 건조한 후, 소결 공정을 수행하여 기공형성제가 들어간 부위는 다공체, 들어가지 않은 부위는 치밀체로 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제조방법에 의해 제조된 인공뼈는 기존의 인공뼈 구조와는 달리, 하나의 뼈 구조물 내에 치밀체와 다공체가 함께 존재하며, 복합체를 형성하고 있는 바, 각각의 구조가 가지는 장점을 살리면서, 단점을 상호 보완 할 수 있다.
나아가 인체 중 인공뼈 사용부위의 제약을 받지 않고 사용할 수 있어서 적용 범위가 넓다.
또한, 다공체와 치밀체가 제조 단계에서부터 하나의 몸체로 형성되어, 사용 도중 다공체와 치밀체가 서로 분리되는 박리현상이 발생되지 않는 잇점이 있다.
본 발명에 따른 복합구조 지지체는 출발물질에 따라 여러 가지 복합성분으로 제조될 수 있으며 그 구조가 치밀구조와 다공구조로 이루어져 있어서, 생체 뼈와 그 구조 및 강도가 유사하므로 넓은 범위에서 인체의 경조직을 대체할 수 있는 조직수복용 재료 및 골 이식재로 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 제조된 복합구조 지지체에 대하여 출발물질의 각 성분비율을 달리하여 그 결과를 X선 회절 분석기(X-ray diffractometer)를 통해 얻은 자료를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의해 제조된 복합체로서, 다공체가 원기둥 모양의 치밀체 외부를 감싼 형태의 복합체 형상을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의해 제조된 복합체로서, 치밀체가 가운데 있고 다공체가 아래 위로 적층된 형태의 복합체 형상을 도시한 것이다.
도 4은 본 발명에 의해 제조된 복합체로서, 다공체가 가운데 있고 치밀체가 아래 위로 적층된 형태의 복합체 형상을 도시한 것이다.
도 5에서는 다공체 구조와 치밀체 구조 인접부위에 대한 확대 사진이다.
본 발명의 권리범위는 본 실시예에 국한되지 않으며, 당업자 수준에서 용이하게 변경가능하며 본 발명의 기술적 사상과 동일한, 여하한 발명이라도 본 발명의 권리범위 내에 속한다.
본 발명은 하이드록시아파타이트를 포함한 인산칼슘계의 치밀체구조와 다공체구조가 복합화된 지지체인 인공뼈 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 복합구조지지체(인공뼈 복합체)의 주요 구성성분으로는 인산칼슘계로서 바람직하게는 수산화아파타이트 및 실리콘 및 마그네슘이 치환된 수산화 아파타이트, 제삼인산칼슘, 이들의 복합물을 포함하며, 일정량의 겔화제, 경화제 및 분산제가 추가된다.
또한 본 발명에 따른 이중이상의 복합구조 지지체의 제조방법은, 슬러리를 겔화시키는 겔화제 및 기공구조를 갖게하는 기공형성제를 사용하며, 기공형성제의 함량이 서로 다른 슬러리를 차례대로 층층이 겔화시켜 건조한 후, 소결 공정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
이하의 구체적인 실시예를 통해 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 설명한다. 상술된 바와 같이, 다공체와 치밀체는 2중층, 혹은 3중층 및 그 이상의 층으로 제조될 수 있다.
실시예 1
도 4에 도시된 복합체 형상(아래로부터 위로 치밀체, 다공체, 치밀체 순서)을 제조하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저 치밀체를 준비하는 과정을 설명한다.
수산화아파타이트(hydroxyapatite)를 볼밀을 이용하여 48시간 이상 습식 밀링을 한 후, 밀링이 완료된 분말을 건조하여 1인치당 325 mesh의 체거름망을 이용하여 분리한다.
교반장치가 설치되어 있는 유리용기에 177g의 증류수와 겔화제 역할을 하는 26.5g의 에폭시솔비톨폴리글리시딜에테르(epoxy sorbitol polyglycidyl ether); 와
경화제인 아민계의 3, 3'-iminodipropylamine 8g; 와 분산제인 폴리아크리릭 애시드 소디엄 솔트 (polyacrylic acid sodium salt 4g, 38~50 %중량)을 넣고 잘 교반한다.
여기에 인공뼈의 주원료인 하이드록시아파타이트 분말을 580g을 넣어 교반을 한다. 이때, 하이드록시아파타이트와 같은 인산칼슘의 질량은, 인산칼슘 투입직후 전체질량의 40~77 % 정도에서 선택가능하다.
슬러리를 몰드에 붓고 45~55℃에서 약 1시간 동안 겔화 시킨다. 이로써 치밀체가 준비된다.
본 발명의 치밀체는 기공률이 0% 초과 20% 이내로 한다.
다음 다공체를 준비하여 치밀체 위에 적층하는 과정을 설명한다.
상기와 똑같은 구성으로 슬러리를 제조한 후 여기에 기공형성제인 피엠엠에이비드 (PMMA bead(500㎛)) 80g을 넣고 교반한 후, 상기 준비된 치밀체 위에 겹쳐서 붓는다. 기공형성제는 인산칼슘 질량의 5~35% 범위내에서 선택가능 하다.
즉 기공체의 구성은 상기 치밀체의 구성과는, 기공형성제가 추가된다는 점에서 차이가 있다. 다공체 부분은 기공률이 20내지 90%로 제조함이 바람직하다.
치밀체 위에 부은 후에는 45~55℃에서 3시간 동안 겔화시킴으로써 도 4의 다공체까지 완성된다.
다음 상기의 치밀체 슬러리 제조와 같은 방법을 적용하여 슬러리를 준비한후, 상기 다공체(도 4의 가운데층)에 치밀체 슬러리를 몰드에 붓고 45~55℃에서 약 1시간 동안 겔화 시킨다
상기와 같이 겔화된 블록(치밀체와 다공체와 치밀체가 모두 적층된 상태)을 60℃에서 24시간, 90℃에서 6시간동안 건조한 후, 소결 전기로에서 1200℃에서 6시간 동안 소결하며, 이어서 자연 냉각시켜 치밀구조와 다공구조가 복합화된 지지체(이하 '복합체'라도도 칭함)를 완성할 수 있게 되는 것이다.
상기 건조시간과 온도는 상술된 범위에 국한되지 아니하고 30~100℃의 범위에서 24~72시간에 걸쳐 다양하게 적용가능하다. 다만 바람직하게는 50~90℃의 범위에서 24~48시간 건조함이 타당하다.
보다 구체적으로 상기 과정 및 사용되는 물질들에 대해 설명하도록 한다.
상기 겔화제는 Acrylamide와 같은 아마이드계 모노머, 한천, 젤라틴과 같은 천연 다당류, Methyl cellulose(MC), 에폭시계 레진 등을 사용할 수 있으며, 기공형성제는 PMMA, Polymer bead, 나프탈렌 등을 사용할 수 있다.
상기 기공형성제는 100~1,000㎛ 크기를 사용할 수 있으며, 300~700㎛의 크기를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 슬러리의 적층방법은 기공형성제를 넣은 슬러리와 안 넣은 슬러리를 순서대로 겔화시키면서 적층을 하는 것에 대해 설명하였지만, 이에 한정되지 아니하고, 먼저 겔화된 겔화체(가령 치밀체인경우)를 나머지슬러리(다공체에 해당되는 슬러리)에 집어 넣어서 겔화시키는 방법으로 제조할 수도 있다. 즉 실시예1의 순서를 조합하여 제조되는, 다공체와 치밀체의 다층구조(적층구조) 갖는 인공뼈 제조방법도 가능하다.
그리고 치밀체와 인공체를 번갈아가면서 2층, 3층, 4층구조 등으로 확장가능하다.
실시예1에서 치밀체 겔화가 이루어진후 다공체슬러리를 그위에 붓는 공정을 생략하고, 그대신 겔화된 치밀체를, 다공체 슬러리 내부로 투입한 후, 겔화및 건조 소결과정을 거칠 수도 있다. 또한 그 역순으로도 가능하다.
상기 소결공정은 상술된 조건으로 하는 것에 국한되지 아니하고, 0.5~1℃/min의 승온속도로 1,000~1,300℃의 범위에서 2~8시간범위 내에서 다양하게 적용될 수 있다. 다만, 바람직하게는 1,100 ~1,250℃의 범위에서 2~6시간 수행함이 타당하다.
상기 소결 공정을 수행함으로써 건조체 내부에 있는 기공형성제와 유기물 등이 타서 없어져 기공을 형성하게 되며, 다공체 구조와 치밀체 구조가 붙어 있는 계면부분은 입자들의 표면이 서로 녹아 달라붙기 때문에, 물리적으로 강한 결합을 이루게 되어 복합구조 지지체를 형성하게 된다.
도 5에서는 다공체 구조와 치밀체 구조 인접부위에 대한 확대 사진이다.
후술하겠지만, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 복합구조 지지체의 압축강도를 시험한 결과 치밀체로 이루어져 있는 제품의 압축강도와 유사한 결과를 얻었으며(표 1), 현미경으로 표면을 관찰한 결과 다공구조 계면과 치밀구조 계면이 일체화 되어 있음을 확인하였다(도 2 내지 도 4).
본 발명의 제조방법에 의해 제조된 복합구조 지지체는 표면은 치밀하게 만들면서도 내부는 다공구조로 만들 수 있으며, 그 반대로도 제조가 가능하다. 따라서 생체 뼈의 구조형태와 가장 유사하면서, 물리적인 특성을 만족시킬 수 있기 때문에 본 발명의 복합구조 지지체는 인체 경조직을 대체할 수 있는 조직수복용 재료 및 골 이식재로 사용될 수 있다.
증류수와, 아마이드계 모노머, 천연 다당류, Methyl cellulose(MC), 에폭시계 레진 중의 어느 하나인 겔화제와, 경화제인 아민계의 3, 3'-iminodipropylamine와, 분산제인 폴리아크리릭애시드소디엄 솔트 (polyacrylic acid sodium salt, 38 내지 50 중량%)의 배합비율(질량비)는 상술된 특정 질량에만 한정되지 않고, 질량비율 18 ~ 50 : 2.7 ~ 8 : 0.8 ~ 2 : 0.3 ~ 2의 비율 중에서 선택가능하다.
한편, 도 3의 형상은 상기 다공체 및 치밀체 제조 방법을 이용하되, 그 순서만 다공체, 치밀체, 다공체의 제작 순서로 하여 도 4와 다른 구조로 제조 될 수도 있다.
실시예 2
상기 실시 예 1에서 사용한 분말을 하이드록시아파타이트 70%, 베타-제삼인산칼슘(β-tricalcium phosphate Si-hydroxyapatite) 30% 로만 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 치밀구조와 다공구조가 복합화 된 지지체를 제조할 수 있다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 사용한 분말을 베타-제삼인산칼슘 (β-tricalcium phosphate Si-hydroxyapatite)으로만 사용하는 것을 제외하고는, 실시 예 1과 동일한 방법으로 치밀구조와 다공구조가 복합화된 지지체를 제조할 수 있다.
실시예 4
먼저 치밀체 구조를 준비하는 과정을 설명한다.
하이드록시아파타이트(hydroxyapatite) 200g과 분산제인 Darvan-C 4g을 증류수 100g에 넣고 교반한다.
그 다음 겔화 용액을 제조하기 위해서 한천 10g을 증류수 100g에 넣고 100℃이상에서 10분 이상 잘 교반한 후에 한천용액을 하이드록시아파타이트 용액에 부어 슬러리를 제조한다. 상기 제조한 슬러리를 몰드에 붓고 15℃이하로 냉각시켜 겔화시킨다.
다음, 기공체를 준비하는 것을 설명한다.
상기 치밀체와 똑같은 방법으로 슬러리를 제조한 후 기공형성제인 PMMA bead(500㎛) 30g을 넣고 교반한 후 먼저 부은 슬러리 위에 겹쳐서 붓는다. 이것을 다시 15℃ 이하에서 겔화시킨다.
그 다음 상기의 치밀체 제조방법과 동일하게 상기 기공체 위해 치밀체슬러리를 부어 겔화시킨다. 이로써, 치밀체,다공체, 치밀체 순서로 적층된 복합체(겔화된 상태)를 얻는다.
그 다음 상온에서 24시간, 50℃에서 24시간, 90℃에서 6시간 건조를 완료한 후 소결 전기로에서 1200℃에서 6시간동안 소결하며 이어서 이를 자연냉각시켜 치밀구조와 다공구조가 복합화된 지지체(인공뼈 복합체) 제조가 종료된다.
상기 제조된 복합구조 지지체에 대하여 출발물질의 각 성분비율을 달리하여 그 결과를 X선 회절 분석기(X-ray diffractometer)를 통해 복합화 된 성분에 대한 XRD 데이터를 얻었으며, 그 분석결과는 표1 및 도 1과 같다.
표 1
NO. 출발물질 비율 소결후 지지체 성분비율
A. HA 90% β-TCP 10% HA 90% β-TCP 10%
B. HA 90% β-TCP 10% HA 90% β-TCP 10%
C. HA 90% β-TCP 10% HA 90% β-TCP 10%
D. HA 90% β-TCP 10% HA 90% β-TCP 10%
위의 분석결과에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 이중구조 복합 지지체의 출발물질의 성분 비율에 따라 동일한 성분비율로 존재하며, 그 외의 물질이 존재하지 않음을 알 수 있다.
또한 도 2내지 도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 복합구조 지지체의 형상은 다양한 형태의 이중이상의 구조로 존재함을 알 수 있다.
실험예 : 복합구조 지지체의 압축강도비교 시험 및 기공률 측정
상기 실시 예 1에서 복합구조 지지체를 제조하였으며, 복합화 시키지 않은 단일구조로만 제조된 치밀체와 다공체를 각각 제조하여 압축강도 및 기공률 측정을 함으로써 본발명이 경조직을 대체할 만한 물리적 특성을 갖추었는지 여부를 확인하였다.
1) 시험시편 및 대상
시험을 하기 위한 대조군으로 기공형성제를 넣지 않고 제조한 치밀체 시편 10개와 기공형성제를 넣은 다공체 시편 10개, 그리고 복합화한 시편(치밀구조 + 다공구조 + 치밀구조) 10개를 준비하였다. 시편의 크기와 모양은 가로 5㎜ × 세로10㎜ × 높이 10㎜의 사각시편이며, 복합화한 시편의 경우 다공구조 부분 5㎜가 가운데 위치되게 하여 제조하였다.
2) 압축강도 측정
압축강도는 TIRA사의 (Model : TIRAtest 2810) UTM 설비를 사용하였으며, 0.5㎜/min head speed 로 압축강도를 5회 반복하여 측정하였다. 측정된 값은 최대값과 최소값을 제외한 나머지 값으로 평균을 내어 비교 평가하였다.
3) 압축강도 측정결과
표 2
샘플 치밀체구조(단일구조)의 압축강도(MPa) 복합체구조의 압축강도 다공체 구조의 압축강도
1 329.51 137.2 15.42
2 323.56 137.95 21.18
3 234.89 155.21 12.39
4 313.64 156.21 15.17
5 233.48 144.15 22.04
평균 290.7 145.77 17.25
4) 기공률 측정 및 결과
시험시편의 건조무게, 현수무게, 젖은무게를 각각 측정하여 아르키메데스법을 이용하여 기공률을 5회 반복 측정하였다. 측정된 값은 최대값과 최소값을 제외한 나머지 값으로 평균을 내어 비교 평가하였다.
표 3
샘플 치밀체(단일구조)의기공률(%) 복합체구조의기공률(%) 다공체(단일구조)기공률(%)
1 5.4 51.4 64.9
2 6.1 52.8 65.1
3 5.8 51.2 63.4
4 5.6 52.5 64.5
5 5.7 53.1 64.1
평균 5.7 52.2 64.5
위의 결과 값에 나타난 것과 같이 단일구조의 치밀체의 경우 필요 이상으로 압축강도가 높지만 기공률은 매우 낮기 때문에 혈류의 공간이 부족하여 신생골 형성이 느릴 수 있다.
또한 다공체의 경우 높은 기공률로 인하여 혈류의 공간은 확보가 될 수 있으나 낮은 압축강도로 인하여 지지체가 부서질 수 있는 위험성이 있다.
하지만 본 발명의 복합구조 지지체의 경우 ,압축강도는 지지체로서 충분히 만족하면서도 기공이 있는 부위는 혈류의 공간을 만들어 내 신생골 형성에 도움을 줄 수 있다.
본 발명은 임플란트 조직 고정 등 다양한 외과 수술시 사용되며, 특히 다양한 내시경 수술에 적용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 다수의 구멍을 가진 다공체(多孔體)와 구멍이 없는 치밀체(緻密體)의 복합구조로 하여 형성하여, 각 구성의 단점을 보완할 수 있는 인공뼈 제조방법에 있어서,
    인산칼슘계 분말을 건조하여 분리하는 단계(S10);
    증류수와, 아마이드계 모노머, 천연 다당류, Methyl cellulose(MC), 에폭시계 레진 중의 어느 하나인 겔화제와, 경화제인 아민계의 3, 3'-iminodipropylamine와, 분산제인 폴리아크리릭애시드소디엄 솔트 (polyacrylic acid sodium salt, 38 내지 50 중량%)를 각각 질량비율 18 ~ 50 : 2.7 ~ 8 : 0.8 ~ 2 : 0.3 ~ 2의 비율로 교반하는 단계(S20);
    상기 S20단계의 교반된 물질에, 상기 인삼칼슘계분말(S10단계)을 넣고(넣은 후 전체질량의 40 ~ 77 중량%), 교반하는 단계(S30);
    상기 S30단계에서 준비된 슬러리를 몰드에 붓고 45~55 ℃에서 치밀체를 겔화시키는 단계(S40, 치밀체 겔화 완료);
    증류수 및 아마이드계 모노머, 천연 다당류, Methyl cellulose(MC), 에폭시계 레진 중의 어느 하나인 겔화제 및 경화제인 아민계의 3, 3'-iminodipropylamine 및 분산제인 폴리아크리릭애시드소디엄 솔트(38 내지 50 중량%)를 각각 질량비율 18 ~ 50 : 2.7 ~ 8 : 0.8 ~ 2 : 0.3 ~ 2 의 비율로 투입 및 교반한 후, 여기에 인삼칼슘계분말을 넣고(넣은 후 전체질량의 40 ~77 중량%) 교반하여 마련한 슬러리에, 기공형성제를 넣고(상기 인산칼슘분말 질량의 5 ~ 35 중량%), 이를 교반하는 단계(S50);
    상기 S40단계에서 준비된 치밀체 상층부에 상기 S50단계에서 준비된 물질을 붓는 단계(S60);
    상기 S50에서 준비된 다공체 슬러리를 45내지 55도℃에서 겔화하는 단계(S70);
    상기 S60 단계에서 준비된 겔화된 블록(치밀체와 다공체가 적층된 상태)을 30~100℃의 범위에서 24~72시간에 걸쳐 건조하는 단계(S80);
    0.5~1℃/min의 승온속도로 1,000~1,300℃의 범위에서 2~8시간범위 내에서 ㅅ소결로에서 소결하는 단계(S90);
    를 포함하는 인공뼈 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 인산칼슘계는 수산화아파타이트, 실리콘 및 마그네슘이 치환된 수산화 아파타이트, 제삼인산칼슘, 이들의 복합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 인공뼈 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 기공형성제는 PMMA, Polymer bead, 나프탈렌 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 인공뼈 제조방법.
  4. 인공뼈 제조방법에 있어서,
    청구항 1의 S10~S40 단계를, 상기 S70 단계와 S80 단계 사이에 추가하여, 최종적으로 치밀체, 다공체, 치밀체 순서의 적층구조를 갖는 인공뼈를 제조하는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 S60 단계(붓는 공정)를 생략하고, 겔화된 S40단계의 물질(겔화된 치밀체)을 S50 단계에서 준비된 슬러리(다공체 슬러리) 물질 내부로 투입한 후, S70 단계 이후의 공정이 수행되는 것을 특징으로 하는 인공뼈 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 S60 단계(붓는 공정)를 생략하고, 다공체 슬러리를 먼저 겔화 시킨 후, 준비된 치밀체 슬러리 내부에 투입한 후, 치밀체 슬러리를 겔화시키고 이어서 S80 단계 이후의 공정(건조 및 소결 공정)이 수행됨을 특징으로 하는 인공뼈 제조방법.
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