WO2015129972A1 - 압축강도 증가 및 혈액 순환 보완을 위한 고강도 골 대체용 합성 골 및 이의 제조방법 - Google Patents

압축강도 증가 및 혈액 순환 보완을 위한 고강도 골 대체용 합성 골 및 이의 제조방법 Download PDF

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porous inorganic
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박석봉
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Definitions

  • the present invention relates to a new bone replacement inorganic material synthetic bone and a method for manufacturing the same, and more specifically filled in the pores of porous inorganic materials such as ⁇ -TCP in the form of particles of calcium sulfate hemihydrate (CSH) Synthetic bone for bone replacement and its manufacturing method which can increase strength and complement blood circulation by penetrating gypsum and NaCl which are expanded to calcium sulfate dihydrate (CSD; It is about.
  • CSH calcium sulfate hemihydrate
  • bones In addition to the mechanical functions that support and carry out the human body, bones also act as a reservoir for calcium by regulating the concentration of calcium ions in the body, and also possess important physiological functions in the bone marrow to produce red blood cells and white blood cells. Bone can be damaged by aging and other physiological reasons or in a variety of accidents.
  • Bone transplantation includes a method of transplanting a patient's own tissue (autologous bone graft), a method of transplanting a bone of another person (allogeneic bone) or an animal (xenograft).
  • autologous bone graft a method of transplanting a bone of another person
  • allogeneic bone a method of transplanting a bone of another person
  • xenograft an animal
  • artificial bone grafts bone substitutes
  • Calcium phosphate is an inorganic material that has received considerable attention as bone substitutes because of its similarity with natural bone composition and excellent osteoconductivity.
  • Brown et al. Studied the absorbent porous hydroxy-apatite (HA) in inorganic materials, and Wolfe found that ⁇ -tricalcium phosphate ( ⁇ -TCP) Because of its similar structure, it is slowly degraded and replaced with new bone.
  • ⁇ -TCP ⁇ -tricalcium phosphate
  • Posset et al. Reported tetracalcium phosphate and Frankenburg et al. Studied calcium phosphate cement.
  • these bioceramic materials for bone regeneration are bone conductive materials, not bone inducible, they are preferably used as a porous body having connected pores of a suitable size to allow bone tissue to grow into the material, which is similar to the growth rate of new bone. It is a required property to have a biodegradation rate.
  • the present inventors have made diligent research to overcome the problems of the above-described problems of low strength and low new bone replacement properties. As a result, new bone replacement with high strength and new bone conduction ability is maintained while maintaining bioactive properties.
  • the pores of porous inorganic materials such as ⁇ -TCP are filled in the form of particles of calcium sulfate hemihydrate (CSH) and then combined with water to bind calcium sulfate dihydrate (CSD).
  • CSH calcium sulfate hemihydrate
  • CSS calcium sulfate dihydrate
  • High strength bone which increases the strength by increasing the density of the material and inducing phase equilibrium through NaCl etc. It was confirmed that the alternative inorganic material can be prepared and completed the present invention.
  • the main object of the present invention is to provide a high-strength bone substitute synthetic bone and a method for producing the same by increasing the strength and new bone conduction ability by penetrating the gypsum and NaCl in the pores of the porous inorganic material.
  • the present invention in order to achieve the above object, a porous inorganic material; Gypsum filled in the pores of the porous inorganic material; And it provides a bone substitute synthetic bone containing NaCl filled in the pores of the porous inorganic material.
  • the porous inorganic material is beta-tricalcium phosphate, alpha-tricalcium phosphate, dicalcium phosphate dibasic, tetracalcium phosphate, hydroxyapatite, calcium phosphate cement, calcium carbonate, calcium sulfate, bioactive glass ceramics, silica It may be one or a mixture of two or more selected.
  • the gypsum is filled in the pores of the porous inorganic material in the form of particles of calcium sulfate hemihydrate, the volume is expanded while being converted to calcium sulfate dihydrate by combining with moisture.
  • Synthetic bone for bone replacement according to the present invention may further include a polysaccharide filled in the pores of the porous inorganic material.
  • gypsum and NaCl are preferably filled in a particle state of 100 ⁇ m or less, respectively.
  • the mixing ratio of NaCl and gypsum is preferably 1: 4 to 1:99 by weight.
  • the present invention comprises the steps of filling the gypsum and NaCl in the pores of the porous inorganic material by mixing the porous inorganic material, gypsum and NaCl; Wet treating gypsum and NaCl-filled porous inorganic material; And it provides a method for producing a bone substitute synthetic bone comprising the step of drying the wet treated porous inorganic material.
  • the synthetic bone for high strength bone replacement increases the ease of forming the material before the procedure during the bone replacement material implantation procedure for filling bone defects as the compressive strength is increased, and the molded body for the predetermined period in the body after the procedure is intact.
  • the change of the fluid concentration in the pores of inorganic material due to the dissolution of NaCl filler induces a phase equilibrium reaction similar to the osmotic pressure, and as a result, the blood circulation in the pores is improved, which is an excellent material to replace the synthetic bone for bone replacement. It is expected to be widely used.
  • FIGS. 1 to 4 are micrographs showing the surface morphology of the high strength bone substitute synthetic bone of the present invention
  • Figure 1 (a) is the initial cylindrical ⁇ -TCP
  • Figure 3 ( c) is 1 week after SBF impregnation
  • Figure 4 (d) is a photograph after 2 weeks of impregnation in SBF.
  • SBF sedimentation fluid
  • FIG. 6 is a graph showing the change in compressive strength of high strength bone substitute synthetic bone according to the change of NaCl content when the filler (CSH, NaCl) infiltrated.
  • FIG. 7 is a graph showing the change in compressive strength of high strength bone substitute synthetic bone according to the change of NaCl content when immersed in SBF for 1 week.
  • the present invention relates to a high strength bone substitute synthetic bone and a method for producing the same.
  • High strength bone substitute synthetic bone according to the present invention is a porous inorganic material; Gypsum filled in the pores of the porous inorganic material; And NaCl filled in pores of the porous inorganic material.
  • the high strength bone substitute synthetic bone according to the present invention is characterized in that the pores of the porous bone substitute inorganic material is filled with additives (CSH, NaCl, etc.) that are easily dissolved in the body.
  • additives CSH, NaCl, etc.
  • the inorganic material is preferably porous and bone conductive inorganic material.
  • the inorganic material is preferably used as a porous body having connected pores of a suitable size to allow bone tissue to grow into the material.
  • the pores formed inside the inorganic material are preferably at least partially connected to each other.
  • the pore size is preferably 500 ⁇ m or less and 100 ⁇ m or less.
  • the porous inorganic material may be manufactured in the form of bone, and may also be manufactured in various forms such as a cylindrical shape.
  • the bone substitute inorganic material may be used as the inorganic material of the bone, such as inorganic materials capable of absorbing or remaining in the body and conducting bone formation.
  • inorganic materials capable of absorbing or remaining in the body and conducting bone formation.
  • HA hydroxyapatite
  • OH calcium phosphate cement
  • calcium carbonate calcium carbonate
  • calcium sulfate tricalcium phosphate
  • TCP tricalcium phosphate
  • TCP tricalcium phosphate
  • Bioplast Hard Tissue Replacement
  • HTR bioactive glass ceramic
  • silica silica and the like
  • calcium phosphate such as ⁇ -tricalcium phosphate, ⁇ -tricalcium phosphate, dicalcium phosphate dibasic, tetracalcium phosphate may be used, and more preferably, ⁇ -tricalcium phosphate ( ⁇ -TCP) can be used.
  • ⁇ -TCP ⁇ -tricalcium phosphate
  • gypsum may serve to increase the strength of the bone substitute inorganic material, and is a dissolving material that can be rapidly dissolved in body fluids.
  • the gypsum is filled in the pores of the porous inorganic material in the form of particles of calcium sulfate hemihydrate (CaSO 4 .1 / 2H 2 O, hereinafter CSH), and then combined with water to form calcium sulfate dihydrate (calcium).
  • CSH calcium sulfate hemihydrate
  • CSD calcium sulfate dihydrate
  • Gypsum is combined with 2 molecules of water (H 2 O) to exist as a water-soluble crystal, CaSO 4 ⁇ 2H 2 O (CSD), but when heated and dried under reduced pressure, CaSO 4 ⁇ 1 / 2H 2 O ( CSH), or CaSO 4 ⁇ H 2 O (calcium sulfate monohydrate, CSM) can be treated as a state, and the CSH thus prepared is infiltrated into the pores of porous inorganic materials ( ⁇ -TCP, etc.) and wet-treated to reduce it to CSD.
  • H 2 O water-soluble crystal
  • CSH CaSO 4 ⁇ 1 / 2H 2 O
  • CSM calcium sulfate monohydrate
  • the volume of the CSD is expanded in the pores of the porous inorganic material, so that the CSD cannot exist out of the pores by the physical impact, and thus the pores are blocked, thereby increasing the density of the porous inorganic material and consequently excellent compression.
  • Strength
  • NaCl has an excellent biodegradation rate, and temporarily dissolves in the body while dissolving in the body, and induces the diffusion of body fluids such as osmotic pressure by the difference in concentration with the body fluid thus formed, thereby forming new bone in the pores. Can be increased.
  • the pores of NaCl and porous inorganic materials are filled in the form of calcium sulfate hemihydrate (CSH) and then combined with water to bind calcium sulfate dihydrate (CSD; calcium).
  • CSH calcium sulfate hemihydrate
  • CSS calcium sulfate dihydrate
  • Gypsum that expands in volume as sulfate dihydrate can be mixed in any ratio that can take advantage of both materials, but preferably the mixing ratio of NaCl and gypsum is 1: 4 to 1:99 by weight. desirable.
  • gypsum may be used in an amount of 80 to 99% by weight and NaCl may be used in an amount of 1 to 20% by weight, based on the total weight of the mixture of NaCl and gypsum.
  • gypsum and NaCl are preferably filled in a particle state of 100 ⁇ m or less so as to easily penetrate the pores of the porous inorganic material.
  • High strength bone substitute synthetic bone according to the present invention may further include a polysaccharide filled in the pores of the porous inorganic material.
  • Polysaccharides can induce phase equilibrium in the body.
  • the present invention provides a method of producing a synthetic bone for high-strength bone replacement.
  • the method for producing high strength bone substitute synthetic bone according to the present invention is filled in the pores of the porous inorganic material and the porous inorganic material in the form of particles of calcium sulfate hemihydrate (CSH; calcium sulfate hemihydrate) and then combined with the water calcium Filling gypsum and NaCl in the pores of the porous inorganic material by mixing gypsum and NaCl in which volume is expanded while being converted to calcium sulfate dihydrate (CSD); Wet treating the gypsum and NaCl-filled porous inorganic material; And drying the wet-treated porous inorganic material.
  • CSH calcium sulfate hemihydrate
  • the porous inorganic material and the gypsum are preferably dried before mixing to remove moisture and then mixed. For example, it may be dried in a vacuum oven at 20 to 50 °C for 10 to 40 hours.
  • the porous inorganic material and gypsum are ground after completion of drying, and it is preferable to use only those having a thickness of 100 ⁇ m or less using sieving or the like.
  • Mixing of each material can be performed using a powder mixer.
  • the mixing time can be for example 1 to 60 minutes.
  • the wet treatment can be carried out through a method of spraying water.
  • the injection amount of water depends on the size or weight of the porous inorganic material, but may be, for example, 0.01 to 100 mL.
  • the final drying can be carried out, for example, in a vacuum oven at 20 to 50 ° C. for 10 to 40 hours.
  • the bone replacement inorganic material is ⁇ -tricalcium phosphate ( ⁇ -TCP)
  • the filler provides a high strength bone substitute synthetic bone, characterized in that the CSH and NaCl.
  • each material to be used for the bone substitute inorganic material was selected an absorbent material.
  • ⁇ -TCP which is an absorbent material among the current inorganic materials and whose research is the most active, was selected as the study subject.
  • CSH and NaCl were selected as the filler, which has higher solubility in the body and higher compressive strength than ⁇ -TCP.
  • ⁇ -TCP has a chemical composition similar to that of natural bone and has excellent biocompatibility with biological tissues. Therefore, much interest and research has been conducted as a synthetic bone graft material.
  • bone-like apatite is known to be produced at the interface between the material and the bone tissue, thereby directly or indirectly bonding with the bone tissue.
  • ⁇ -TCP The dissolution rate of ⁇ -TCP is greatly affected by the chemical structure and crystallinity of the material, porosity and the pH of the solution.
  • ⁇ -TCP is used as a bone regeneration material because it is bone conductive and provides a suitable physical substrate for the deposition of new bone.
  • these bone substitute inorganic materials are bone conductive materials, not bone inducible, they are preferably used as a porous body with connected pores of appropriate size to allow bone tissue to grow into the material, which is similar to the growth rate of new bone. It is a required property to have a biodegradation rate.
  • the strength decreases as the amount of pores increases.
  • the block-type ⁇ -TCP which is a porous body, is difficult to maintain formability during the procedure.
  • As a bone graft material due to a lack of alveolar bone during implant implantation When used, the force that firmly holds the implant drops considerably, causing shaking. Due to this problem, there is an urgent need for materials that can increase the strength of ⁇ -TCP blocks in vivo.
  • bone substitute materials are applied to orthopedic areas (artificial hip joints, fibula joints, etc.), plastic surgery areas (nasal bone building, maxillofacial bone building, etc.), dental areas (alveolar bone regeneration, alveolar bone building, implant implantation, etc.). Therefore, when developing an effective high strength bone substitute synthetic bone that can reconstruct the missing bone, it is possible to produce products with technological advantages worldwide.
  • the high-strength bone substitute synthetic bone developed by the present invention is mass-produced, it is expected that not only will generate a high value-added operating profit, but also a large import replacement effect.
  • the present invention relates to improving the compressive strength of inorganic materials used in bone substitute synthetic bone, preferably infiltrated with pores of ⁇ -TCP ( ⁇ -tricalcium phosphate) CSH (Calcium sulfafe hemihydrate) and NaCl in the form of particles
  • CSH Calcium sulfafe hemihydrate
  • NaCl NaCl
  • the new bone conduction to the reduced pores in the process of infiltrating the filler (CSH, NaCl, etc.) into the body fluid in the body The ability to improve the ability to produce high strength bone substitute synthetic bone.
  • CSH penetrates into pores of porous inorganic material and converts from 1 / 2H 2 O hydrous to CSD, 2H 2 O hydrous crystal, causing volume expansion in the pores. Do not break out of the pores can increase the strength of the inorganic material.
  • NaCl which has been infiltrated with it, is dissolved by body fluid in the pores of inorganic materials after the implantation procedure, thereby increasing the concentration of body fluid in the pores, and the partial concentration difference in the pores rapidly attracts the body fluid into the pores as in osmotic pressure. Equilibrium results in improved blood circulation, which in turn helps to produce new bone.
  • the high strength bone substitute synthetic bone according to the present invention as the compressive strength is increased, during the bone replacement material implantation procedure for filling bone defects, the ease of forming the material before the procedure, the molded body for a certain period in the body after the procedure Can be maintained in its original state, and at the same time, changes in the body fluid concentration in the pores of inorganic materials due to the dissolution of the filler NaCl induce a phase equilibrium reaction similar to osmotic pressure, thereby improving blood circulation in the pores, thereby replacing the existing bone. It is expected to be widely used as an excellent material to replace synthetic bone.
  • a cylindrical ⁇ -TCP block having a diameter of 5 mm and a length of 10 mm distributed as a commercial product was dried under reduced pressure for 24 hours in a 37 ° C. vacuum oven (JEOTECH, OV-12) to prepare water.
  • Powdered CSH and NaCl were prepared by weighing each in a percentage by weight as shown in Table 2, mixed using a powder mixer (KM Tech, LS-300), and then ground using a mortar and pestle. After crushing each of the mixed filler through a 100 ⁇ m sieve (sieve), each mixed filler passed through the 100 ⁇ m sieve was dried under reduced pressure for 24 hours in a 37 °C vacuum oven to prepare to remove moisture.
  • Example 1 To prepare a synthetic bone substitute for high-strength bone infiltrated with 5% NaCl-CSH mixed filler, the same as in Example 1 except for using the mixed filler 2 instead of the mixed filler 1 in the polynomial of Example 1.
  • Example 1 To prepare a synthetic bone substitute for high-strength bone infiltrated with 10% NaCl-CSH mixed filler, it is the same as in Example 1 except that it was prepared by using the mixed filler 3 instead of the mixed filler 1 in the polynomial of Example 1.
  • Example 2 To prepare a synthetic bone substitute for high-strength bone infiltrated with 20% NaCl-CSH mixed filler, it is the same as in Example 1 except that the mixed filler 5 was prepared in place of the mixed filler 1 in the polynomial of Example 1.
  • the materials shown in Table 3 were used to prepare analogous body fluids (SBFs) with ionic concentrations similar to those of human plasma.
  • the materials of Table 3 were dissolved in 700 ml of distilled water in order, respectively, and prepared by buffering with (CH 2 OH 3 ) CNH 2 and 1 M hydrochloric acid at pH 7.25 and 37 ° C.
  • Cylindrical ⁇ -TCP blocks infiltrated with 1% NaCl-CSH mixed filler were dipped into similar body fluids for 1 week, then taken out and dried under reduced pressure in a 37 ° C. vacuum oven for 24 hours.
  • Cylindrical ⁇ -TCP blocks infiltrated with 1% NaCl-CSH mixed filler were dipped into similar body fluids for 2 weeks, then taken out and dried under reduced pressure in a 37 ° C. vacuum oven for 24 hours.
  • Cylindrical ⁇ -TCP blocks infiltrated with 5% NaCl-CSH mixed filler were dipped into similar body fluids for one week and then taken out and dried under reduced pressure in a 37 ° C. vacuum oven for 24 hours.
  • Cylindrical ⁇ -TCP blocks infiltrated with 10% NaCl-CSH mixed filler were dipped into similar body fluids for 1 week and then taken out and dried under reduced pressure in a 37 ° C. vacuum oven for 24 hours.
  • Cylindrical ⁇ -TCP blocks infiltrated with 10% NaCl-CSH mixed filler were dipped into similar body fluids for 2 weeks and then taken out and dried under reduced pressure in a 37 ° C. vacuum oven for 24 hours.
  • Cylindrical ⁇ -TCP blocks infiltrated with 15% NaCl-CSH mixed filler were dipped into similar body fluids for 1 week and then taken out and dried under reduced pressure in a 37 ° C. vacuum oven for 24 hours.
  • Cylindrical ⁇ -TCP blocks infiltrated with 15% NaCl-CSH mixed filler were dipped into similar body fluids for 2 weeks, then taken out and dried under reduced pressure in a 37 ° C. vacuum oven for 24 hours.
  • Cylindrical ⁇ -TCP blocks infiltrated with 20% NaCl-CSH mixed filler were dipped into similar body fluids for one week and then taken out and dried under reduced pressure in a 37 ° C. vacuum oven for 24 hours.
  • the compressive strength of the cylindrical ⁇ -TCP having a height of 10 mm and a diameter of 5 mm was measured at a cross head speed of 1 mm / min using a universal testing machine (Instron 3366, U.S.A.).
  • 2 to 5 is a graph showing the change in compressive strength according to the mixing ratio and SBF deposition conditions of high strength bone substitute synthetic bone of the present invention.
  • the compressive strength was greatly increased by filling the CSH and NaCl as a filler in the porous inorganic material, CSH and NaCl dissolved after the deposition on SBF, the compressive strength is similar to the original state Reduced to levels.
  • FIG. 4 is a micrograph showing the surface morphology of the inorganic material of the present invention
  • Figure 1 (a) is the initial cylindrical ⁇ -TCP
  • Figure 2 (b) after mixing gypsum and NaCl
  • Figure 3 (c) After 1 week of impregnation with SBF
  • FIG. 4 (d) is a photograph after 2 weeks of impregnation with SBF.
  • the amount and size of pores decreased as the gypsum and NaCl infiltrated the pores of the porous inorganic material, and after depositing in the SBF, the gypsum and NaCl dissolved and the amount and size of the pores Increased to a level similar to the original state.

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Abstract

본 발명은 압축강도 증가 및 혈액 순환 보완을 위한 고강도 골 대체용 합성 골 및 이의 제조방법에 관한 것으로, β-TCP(β-tricalcium phosphate) 등과 같은 다공성 무기재료의 기공에 CSH(Calcium sulfafe hemihydrate)와 NaCl을 입자 상태에서 침투시킨 후 습식처리를 함으로써, 기공 내 침투한 CSH가 수분과 결합하여 CSD(Calcium sulfafe dihydrate)로 함수물 결정체를 만들어 기공 내에서 부피 팽창을 일으켜 물리적 힘에 의한 충진재 이탈을 방지한 고강도 골 대체용 합성 골을 제공한다.

Description

압축강도 증가 및 혈액 순환 보완을 위한 고강도 골 대체용 합성 골 및 이의 제조방법
본 발명은 새로운 골 대체용 무기재료 합성 골 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 β-TCP 등과 같은 다공성 무기재료의 기공에 칼슘 설페이트 반수화물(CSH; calcium sulfate hemihydrate)의 입자 상태로 충진된 후 수분과 결합하여 칼슘 설페이트 이수화물(CSD; calcium sulfate dihydrate)로 전환되면서 부피가 팽창되는 석고와 NaCl을 침투시킴으로써, 강도를 증가시키고 혈액 순환을 보완할 수 있는 골 대체용 합성 골 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
뼈는 인체를 지탱하고 동작을 수행하는 기계적 기능 이외에도, 체내의 칼슘 이온농도를 조절하면서 칼슘의 저장고 역할을 하며, 골수에서 인체에 필요한 적혈구 및 백혈구를 생산하는 중요한 생리적 기능도 보유하고 있다. 뼈는 노화 및 다른 생리적인 이유로 손상되거나 여러 가지 사고로 손상될 수 있다.
뼈의 이식에는 환자 자신의 조직을 이식하는 방법(자가골 이식), 타인(동종골)이나 동물(이종골)의 뼈를 이식하는 방법 등이 있다. 그러나, 타인의 조직을 이식함으로써 면역학적 거부반응이 발생되거나, 손상부위가 커서 환자 몸에서 사용할 수 있는 재료가 충분하지 않은 경우, 인공 골 이식재(골 대체재)를 사용한다.
현재 사용되는 합성 골은 칼슘 설페이트(calcium sulfate)계 및 칼슘 포스페이트(calcium phosphate)계가 대부분이나, 자가골 이식의 효능에 미치기에는 한계가 있다.
칼슘 포스페이트는 천연 뼈 조성과의 유사성 및 뛰어난 뼈 전도성(osteoconductivity) 때문에, 골 대체재(bone substitutes)로 상당한 관심을 받고 있는 무기재료이다. Brown 등은 무기 재료 중 흡수성인 다공성 하이드록시-아파타이트(hydroxy-apatite, 이하 HA)를 연구하였으며, Wolfe는 베타-트리칼슘 포스페이트(β-tricalcium phosphate, 이하 β-TCP)가 자연골의 무기성분과 구조가 유사하기 때문에 서서히 분해되어 신생골로 대체된다고 하였다. Chow 등은 β-TCP의 골전도성에 대해 보고한 바 있다. 그 외에도 Posset 등은 테트라칼슘 포스페이트(tetracalcium phosphate)를, Frankenburg 등은 칼슘 포스페이트 시멘트(calcium phosphate cement) 등에 대한 연구를 보고한 바 있다. 또한 무기재료의 단독이 아닌 여러 가지의 무기재료를 혼합한 골 시멘트(bone cement)의 형태로 만드는 연구도 있다. 이는 분말의 형태가 아닌 점도를 갖는 재료로 초기 유동성을 막고, 어느 정도의 형태를 유지한다는 면에서 좋은 생각이라 판단되지만, 만족한 결과를 기대하기에는 부족하다. 이들 재료 대부분이 분말로 공급되거나, 분말이 아니더라도 형태 부여 시, 강도가 미약하고 그 형태 유지가 어려워 사용할 수 있는 부위에 제약을 받는다.
이들 골 재생용 생체 세라믹 재료는 골 유도성이 아닌 골 전도성 재료이기 때문에, 골 조직이 재료 내로 성장되어 들어올 수 있는 적당한 크기의 연결된 기공을 갖는 다공체로 사용되는 것이 바람직하며, 신생골의 성장 속도와 유사한 생분해 속도를 가져야 한다는 것이 요구되는 성질이다.
이러한 연구에 따라 본 발명자들은 상기 종래기술들의 문제점인 저강도 및 저 신생골 치환성들을 극복하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 생체 활성적(Bioactive) 성질을 유지하면서 신생골 전도 능력이 빠르고 강도가 높은 신규 골 대체용 무기재료를 합성하기 위하여, β-TCP 등과 같은 다공성 무기재료의 기공에 칼슘 설페이트 반수화물(CSH; calcium sulfate hemihydrate)의 입자 상태로 충진된 후 수분과 결합하여 칼슘 설페이트 이수화물(CSD; calcium sulfate dihydrate)로 전환되면서 부피가 팽창되는 석고와 NaCl을 입자상태로 침투시켜 기공을 충진한 후, 소재의 밀도를 높여 강도를 증가시키고 NaCl 등을 통해 상평형을 유도시켜 신생골 전도 능력을 증가시킨 고강도 골 대체용 무기재료를 제조할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 주된 목적은 다공성 무기재료의 기공에 상기 석고와 NaCl을 침투시킴으로써, 강도와 신생골 전도 능력을 증가시킨 고강도 골 대체용 합성 골 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 다공성 무기재료; 다공성 무기재료의 기공에 충진된 석고; 및 다공성 무기재료의 기공에 충진된 NaCl을 포함하는 골 대체용 합성 골을 제공한다.
본 발명에서 다공성 무기재료는 베타-트리칼슘 포스페이트, 알파-트리칼슘 포스페이트, 디칼슘 포스페이트 다이베이식, 테트라칼슘 포스페이트, 하이드록시아파타이트, 칼슘 포스페이트 시멘트, 칼슘 카보네이트, 칼슘 설페이트, 생체 활성 글라스 세라믹, 실리카 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
본 발명에서 석고는 다공성 무기재료의 기공에 칼슘 설페이트 반수화물의 입자 상태로 충진된 후, 수분과 결합하여 칼슘 설페이트 이수화물로 전환되면서 부피가 팽창되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 골 대체용 합성 골은 다공성 무기재료의 기공에 충진된 다당류를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 석고 및 NaCl은 각각 100 ㎛ 이하의 입자 상태로 충진되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 NaCl 및 석고의 혼합비는 중량비로서 1:4 내지 1:99인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 다공성 무기재료, 석고 및 NaCl을 혼합하여 다공성 무기재료의 기공에 석고 및 NaCl을 충진하는 단계; 석고 및 NaCl이 충진된 다공성 무기재료를 습식 처리하는 단계; 및 습식 처리된 다공성 무기재료를 건조하는 단계를 포함하는 골 대체용 합성 골의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 고강도 골 대체용 합성 골은 압축강도가 높아짐에 따라 뼈 결함 충진을 위한 골 대체재 매식 시술시 시술 전 재료 성형의 용이성 증가와 시술 후 체내에서 일정 기간 동안 성형된 형체를 원래 상태대로 유지함과 동시에, 충진재 NaCl의 용해에 따른 무기재료 기공 내에서의 체액 농도변화는 삼투압 현상과 유사한 상평형 반응을 유도하여 기공 내 혈액순환이 개선됨에 따라 기존의 골대체용 합성 골을 대체할 우수한 재료로 널리 사용될 것으로 기대된다.
도 1 내지 4는 본 발명의 고강도 골 대체용 합성 골의 표면 형태학을 보여주는 현미경 사진으로, 도1(a)는 원통형 β-TCP 초기, 도2(b)는 석고와 NaCl 혼합 후, 도3(c)는 SBF에 함침 1주 후, 도4(d)는 SBF에 함침 2주 후의 사진이다.
도 5는 본 발명의 고강도 골 대체용 합성 골의 유사 체액(SBF) 침적 조건에 따른 압축강도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 충진재(CSH, NaCl)를 침투시켰을 때, NaCl의 함량 변화에 따른 고강도 골 대체용 합성 골의 압축강도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 SBF에 1주간 침적시켰을 때, NaCl의 함량변화에 따른 고강도 골 대체용 합성 골의 압축강도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 SBF에 2주간 침적시켰을 때, NaCl의 함량변화에 따른 고강도 골 대체용 합성 골의 압축강도 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 고강도 골 대체용 합성 골 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고강도 골 대체용 합성 골은 다공성 무기재료; 다공성 무기재료의 기공에 충진된 석고; 및 다공성 무기재료의 기공에 충진된 NaCl을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 고강도 골 대체용 합성 골은 다공성 골 대체용 무기재료의 기공 부분을 체내 용해가 용이한 첨가제(CSH, NaCl 등)로 충진시킨 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 무기재료는 다공성이면서 골 전도성 무기재료인 것이 바람직하다. 무기재료는 골 조직이 재료 내로 성장되어 들어올 수 있는 적당한 크기의 연결된 기공을 갖는 다공체로 사용되는 것이 바람직하다. 무기재료 내부에 형성된 기공은 적어도 부분적으로 서로 연결되는 것이 바람직하다. 기공의 크기는 500 ㎛ 이하, 100 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 다공성 무기재료는 뼈 형태로 제작될 수 있으며, 또한 원통형 등과 같은 다양한 형태로 제작될 수 있다.
본 발명의 골 대체용 무기재료에 있어서, 상기 골 대체용 무기재료로는 뼈의 무기성분과 같이 체내에서 흡수 또는 잔류하며 뼈의 생성을 전도(conduct)할 수 있는 무기재료들을 사용할 수 있다. 예를 들어, 수산화 인회석(Hydroxyapatite, HA: Ca10(PO4)6(OH)2), 칼슘 포스페이트 시멘트(calcium phosphate cement), 칼슘 카보네이트(calcium carbonate), 칼슘 설페이트(calcium sulfate), 트리칼슘 포스페이트(TCP), 바이오플라스트(Bioplast) HTR(Hard Tissue Replacement), 생체 활성 글라스 세라믹(bioactive glass ceramic), 실리카(silica) 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 바람직하게는 α-트리칼슘 포스페이트, β-트리칼슘 포스페이트, 디칼슘 포스페이트 다이베이식(dicalcium phosphate dibasic), 테트라칼슘 포스페이트(tetracalcium phosphate)와 같은 칼슘 포스페이트(calcium phosphate)를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 β-트리칼슘 포스페이트(β-TCP)를 사용할 수 있다.
본 발명에서 석고는 골 대체용 무기재료의 강도를 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 또한 체액 내에서 급속히 용해될 수 있는 용해물질이다. 본 발명에서 석고는 다공성 무기재료의 기공에 칼슘 설페이트 반수화물(calcium sulfate hemihydrate, CaSO4·1/2H2O, 이하 CSH)의 입자 상태로 충진된 후, 수분과 결합하여 칼슘 설페이트 이수화물(calcium sulfate dihydrate, CaSO4·2H2O, 이하 CSD)로 전환되면서 부피가 팽창되는 것을 특징으로 한다.
석고는 물(H2O) 2분자와 결합되어 함수물 결정체인 CaSO4·2H2O(CSD) 상태로 존재하나, 이를 가열 감압 건조하면 물과 결합력이 좋은 CaSO4·1/2H2O(CSH), 혹은 CaSO4·H2O(calcium sulfate monohydrate, CSM)로 상태로 처리할 수 있으며, 이렇게 준비한 CSH를 다공성 무기재료(β-TCP 등)의 기공에 침투시킨 후 습식 처리하여 CSD로 환원시킬 경우, 다공성 무기재료의 기공에서 CSD의 부피가 팽창되어 물리적 충격에 의해서는 CSD가 기공 밖으로 빠져나오지 못하고 기공을 막은 상태로 존재하게 되고, 이에 따라 다공성 무기재료의 밀도가 높아지고, 결과적으로 우수한 압축강도를 갖게 된다.
본 발명에서 NaCl은 우수한 생분해 속도를 가지며, 체내에서 용해되면서 결정 주변의 농도를 일시적으로 증가시키고, 이렇게 형성된 체액과의 농도 차이에 의해 삼투압 현상과 같은 체액의 확산을 유도하여 기공 내에 신생 골 형성 능력을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 고강도 골 대체용 합성 골에 있어서, NaCl 및 다공성 무기재료의 기공에 칼슘 설페이트 반수화물(CSH; calcium sulfate hemihydrate)의 입자 상태로 충진된 후 수분과 결합하여 칼슘 설페이트 이수화물(CSD; calcium sulfate dihydrate)로 전환되면서 부피가 팽창되는 석고는 양 재료의 장점을 모두 살릴 수 있는 어떤 비율로도 혼합될 수 있으나, 바람직하게는 NaCl 및 석고의 혼합비는 중량비로서 1:4 내지 1:99인 것이 바람직하다. 중량%로 환산할 경우, NaCl 및 석고의 혼합물 전체 중량에 대하여, 석고는 80 내지 99 중량%로 사용될 수 있고, NaCl은 1 내지 20 중량%로 사용될 수 있다.
본 발명에서 석고 및 NaCl은 다공성 무기재료의 기공에 용이하게 침투할 수 있도록, 각각 100 ㎛ 이하의 입자 상태로 충진되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 고강도 골 대체용 합성 골은 다공성 무기재료의 기공에 충진되는 다당류를 추가로 포함할 수 있다. 다당류는 체내에서 상평형을 유도할 수 있다.
또한, 본 발명은 고강도 골 대체용 합성 골의 제조방법을 제공한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 고강도 골 대체용 합성 골의 제조방법은 다공성 무기재료와 다공성 무기재료의 기공에 칼슘 설페이트 반수화물(CSH; calcium sulfate hemihydrate)의 입자 상태로 충진된 후 수분과 결합하여 칼슘 설페이트 이수화물(CSD; calcium sulfate dihydrate)로 전환되면서 부피가 팽창되는 석고 및 NaCl을 혼합하여 다공성 무기재료의 기공에 상기 석고 및 NaCl을 충진하는 단계; 상기 석고 및 NaCl이 충진된 다공성 무기재료를 습식 처리하는 단계; 및 습식 처리된 다공성 무기재료를 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
다공성 무기재료 및 석고는 혼합 전에 충분히 건조하여 수분을 제거한 후 혼합하는 것이 바람직하다. 예를 들어 20 내지 50℃의 진공 오븐에서 10 내지 40시간 동안 건조할 수 있다. 다공성 무기재료 및 석고는 건조 완료 후 분쇄하는데, 체 거름 등을 이용하여 100 ㎛ 이하의 것만 사용하는 것이 바람직하다. 각 재료의 혼합은 분말 믹서기를 이용하여 수행할 수 있다. 혼합시간은 예를 들어 1 내지 60분일 수 있다. 습식처리는 물을 분사하는 방법 등을 통해 수행할 수 있다. 물의 분사량은 다공성 무기재료의 크기 또는 무게에 따라 다르지만, 예를 들어 0.01 내지 100 mL일 수 있다. 최종 건조는 예를 들어 20 내지 50℃의 진공 오븐에서 10 내지 40시간 동안 수행할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 골 대체용 무기재료에 충진재(용해물질)를 침투시킨 고강도 골 대체용 합성 골에 있어서, 상기 골 대체용 무기재료는 β-트리칼슘 포스페이트(β-TCP)이고, 상기 충진재는 CSH와 NaCl인 것을 특징으로 하는 고강도 골 대체용 합성 골을 제공한다.
본 발명에서는, 먼저 골 대체용 무기재료에 사용할 각각의 재료는 흡수성 재료를 선택하였다. 구체적으로, 현재 무기재료 중 흡수성 재료이고 그 연구가 가장 활발하다고 할 수 있는 β-TCP를 연구 대상으로 선정하였다. 또한 충진재로는 β-TCP보다 체내 용해도가 높고 압축강도를 높일 수 있는 CSH와 NaCl을 선택하였다.
β-TCP는 자연골과 유사한 화학적 조성을 가지며, 생체 조직과의 생체적합성이 우수해 합성 골 이식재료로서 많은 관심과 연구가 진행되어 왔다. β-TCP를 매식하면, 재료와 골조직 계면에서 골-유사 아파타이트(bone-like apatite)가 생성된다고 알려져 있어, 직간접적으로 골조직과 결합이 이루어지게 된다.
β-TCP의 용해속도는 물질의 화학적 구조와 결정성, 다공성 및 용액의 pH 등에 의하여 크게 영향을 받는다. β-TCP는 골 전도성이 있고, 새로운 뼈의 침착을 위해 알맞은 물리적 기질을 제공하기 때문에 골 재생 재료로서 사용되고 있다.
이들 골 대체용 무기재료는 골 유도성이 아닌 골 전도성 재료이기 때문에, 골 조직이 재료 내로 성장되어 들어올 수 있는 적당한 크기의 연결된 기공을 갖는 다공체로 사용되는 것이 바람직하며, 신생 골의 성장 속도와 유사한 생분해 속도를 가져야 한다는 것이 요구되는 성질이다. 하지만 다공체의 경우, 기공의 양이 많아짐에 따라 강도가 낮아지게 된다. β-TCP는 다공체로 제조하게 되면 강도가 떨어지기 때문에, 시술 시에 다공체인 블록(Block)형 β-TCP가 성형성을 유지하기 힘든 문제가 있고, 임플란트 매식 시 치조골 부족으로 인한 골 이식재료로 사용할 경우, 임플란트를 견고히 지탱하는 힘이 현저히 떨어지게 되어 흔들림 현상이 발생하고 있다. 이러한 문제로 생체 내에서 β-TCP 블록의 강도를 증가시켜 줄 수 있는 재료가 절실히 필요하게 되었다.
현재, 골 대체재 재료는 정형외과 영역(인공 고관절, 부골 접합 등), 성형외과 영역(비골 축조, 악안면 골 축성 등), 치과영역(치조골 재생, 치조골 축조, 임플란트 매식 등)에 적용되고 있다. 따라서 결손된 골을 재건할 수 있는 효과적인 고강도 골 대체용 합성 골을 개발하게 되면, 세계적으로 기술 우위에 있는 제품을 생산할 수 있다. 본 발명에 의해 개발된 고강도 골 대체용 합성 골이 양산화되면, 고부가가치의 영업이익을 창출할 뿐만 아니라, 수입대체 효과도 클 것이라고 기대된다.
본 발명은 골 대체용 합성 골에 사용되는 무기재료의 압축강도 개선에 관한 것으로, 바람직하게는 β-TCP(β-tricalcium phosphate)의 기공에 CSH(Calcium sulfafe hemihydrate)와 NaCl을 입자 상태에서 침투시킨 후 습식처리를 함으로써, 기공 내 침투한 CSH가 수분과 결합하여 CSD(Calcium sulfafe dihydrate)로 함수물 결정체를 만들어 기공 내에서 부피 팽창을 일으켜 물리적 힘에 의한 충진재 이탈을 방지한 고강도 골 대체용 합성 골을 제공한다.
본 발명에 따르면, 다공성 무기재료(β-TCP 블록 등)의 압축 강도를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 침투된 충진재(CSH, NaCl 등)가 체내에서 체액으로 용출되는 과정에서 환원된 기공으로 신생골 전도 능력을 향상시킬 수 있어 고강도 골 대체용 합성 골을 제조할 수 있다. 구체적으로 CSH는 다공성 무기재료의 기공에 침투되어 1/2H2O 함수물에서 2H2O 함수물 결정체인 CSD로 전환되면서 기공 내에서 부피 팽창을 일으키고, 이로 인하여 한번 충진이 되면 물리적인 힘에 의하여 기공 밖으로 이탈되지 않아 무기재료의 강도를 증가시킬 수 있다. 또한, 같이 침투된 충진재 NaCl은 매식 시술 이후 무기재료의 기공 내에서 체액에 의해 용해되면서 기공 내 체액의 농도를 증가시키고, 이러한 기공 내 부분적 농도 차이는 마치 삼투압 현상처럼 체액을 기공 내로 빠르게 유인하는 상 평형작용을 일으켜 결론적으로 혈액순환을 향상시키게 되어 신생 골 생성에 도움을 준다.
따라서 본 발명에 따른 고강도 골 대체용 합성 골은 압축강도가 높아짐에 따라, 뼈 결함 충진을 위한 골 대체재 매식 시술시, 시술 전 재료 성형의 용이성이 증가하고, 시술 후 체내에서 일정 기간 동안 성형된 형체를 원래 상태대로 유지할 수 있으며, 이와 동시에 충진재 NaCl의 용해에 따른 무기재료 기공 내에서의 체액 농도변화는 삼투압 현상과 유사한 상평형 반응을 유도하여 기공 내 혈액순환이 개선됨에 따라, 기존의 골 대체용 합성 골을 대체할 우수한 재료로 널리 사용될 것으로 기대된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
[실시예 1]
1% NaCl-CSH 혼합 충진재를 침투시킨 고강도 골 대체용 합성 골을 제조하기 위하여 표 1과 같은 재료를 사용하였다.
표 1 본 실험에 사용된 재료
Materials Manufacturer
원통형 β-Tricalcium phosphate Ossgen
CSH SIGMA-ALDRICH
NaCl SIGMA-ALDRICH
가. 원통형 β-TCP 블록의 준비
상용품으로 유통되는 직경 5 mm 및 길이 10 mm의 원통형 β-TCP 블록(Block)을 37℃ 진공 오븐(제이오텍, OV-12)에서 24시간 감압 건조하여 수분을 제거한 것을 준비하였다.
나. 혼합 충진재의 제조
분말 상태의 CSH와 NaCl을 표 2와 같이 각각을 중량% 비율로 계량하여 준비하고 파우더 믹서(KM Tech, LS-300)를 이용하여 혼합한 후 막자사발을 이용하여 분쇄하였다. 분쇄된 각각의 혼합 충진재를 100 ㎛ 걸음 체(sieve)를 통해 걸러준 후 100 ㎛ 걸음 체를 통과한 각각의 혼합 충진재를 37℃ 진공 오븐에서 24시간 감압 건조하여 수분을 제거한 것을 준비하였다.
표 2 충진재(CSH, NaCl)의 중량 혼합 비율
Sample No. 혼합 충진재 CSH NaCl
1 1% NaCl-CSH 99 1
2 5% NaCl-CSH 95 5
3 10% NaCl-CSH 90 10
4 15% NaCl-CSH 85 15
5 20% NaCl-CSH 80 20
다. 1% NaCl-CSH 혼합 충진재를 침투시킨 고강도 골 대체용 합성 골의 제조
상기 혼합 충진재의 제조 과정에서 준비한 혼합 충진재 1을 시브 쉐이커(청계상공사, CG-212S)에 담고, 상기 원통형 β-TCP 블록의 준비 과정에서 준비한 원통형 β-TCP 블록을 혼합 충진재 1이 담긴 시브 쉐이커에서 20분간 쉐이킹 하였다. 쉐이킹이 끝난 후 원통형 β-TCP 블록 표면을 솔을 이용하여 털어낸 후 H2O 2 ml를 β-TCP 블록에 흡수시킨 후 37℃ 진공 오븐에서 24시간 감압 건조하였다.
[실시예 2]
5% NaCl-CSH 혼합 충진재를 침투시킨 고강도 골 대체용 합성 골을 제조하기 위해, 실시예 1의 다항에서 혼합 충진재 1 대신에 혼합 충진재 2를 사용하여 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하다.
[실시예 3]
10% NaCl-CSH 혼합 충진재를 침투시킨 고강도 골 대체용 합성 골을 제조하기 위해, 실시예 1의 다항에서 혼합 충진재 1 대신에 혼합 충진재 3을 사용하여 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하다.
[실시예 4]
15% NaCl-CSH 혼합 충진재를 침투시킨 고강도 골 대체용 합성 골을 제조하기 위해, 실시예 1의 다항에서 혼합 충진재 1대신 혼합 충진재 4를 사용하여 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하다.
[실시예 5]
20% NaCl-CSH 혼합 충진재를 침투시킨 고강도 골 대체용 합성 골을 제조하기 위해, 실시예 1의 다항에서 혼합 충진재 1 대신에 혼합 충진재 5를 사용하여 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하다.
[실시예 6]
인간 혈장과 유사한 이온 농도를 갖고 있는 유사 체액(SBF)를 제조하기 위하여 표 3과 같은 재료를 사용하였다. 2차 증류수 700 ml에 각각 하기 표 3의 재료들을 순서대로 용해시키고 pH 7.25, 37℃에서 (CH2OH3)CNH2 및 1 M 염산으로 버퍼링하여 제조하였다.
표 3 유사 체액의 시약
용액 용량
NaCl 7.996 g
NaHCO3 0.35 g
KCl 0.224 g
K2HPO4·3H2O 0.228 g
MgCl2·6H2O 0.305 g
1M HCl 40 mL
CaCl2 0.278 g
Na2SO4 0.071 g
(CH2OH3)CNH2 6.057 g
상기 실시예 1, 2, 3, 4, 5에서 준비한 NaCl-CSH 혼합 충진재를 침투시킨 고강도 골 대체용 합성 골이 체내에서 원활하게 용해 용출되어 원래 상태의 다공성 무기재료로 다시 환원되는지를 확인하기 위하여, 인간 혈장과 유사한 실시예 6에서 준비한 유사 체액에 기간을 달리하여 침적시킨 후 37℃ 진공 오븐에서 24시간 감압 건조하였다.
[실시예 7]
1% NaCl-CSH 혼합 충진재가 침투된 원통형 β-TCP 블록을 1주간 유사 체액에 침적시킨 후 건져내어 37℃ 진공 오븐에서 24시간 감압 건조하였다.
[실시예 8]
1% NaCl-CSH 혼합 충진재가 침투된 원통형 β-TCP 블록을 2주간 유사 체액에 침적시킨 후 건져내어 37℃ 진공 오븐에서 24시간 감압 건조하였다.
[실시예 9]
5% NaCl-CSH 혼합 충진재가 침투된 원통형 β-TCP 블록을 1주간 유사 체액에 침적시킨 후 건져내어 37℃ 진공 오븐에서 24시간 감압 건조하였다.
[실시예 10]
5% NaCl-CSH 혼합 충진재가 침투된 원통형 β-TCP 블록을 2주간 유사 체액에 침적시킨 후 건져내어 37℃ 진공 오븐에서 24시간 감압 건조하였다.
[실시예 11]
10% NaCl-CSH 혼합 충진재가 침투된 원통형 β-TCP 블록을 1주간 유사 체액에 침적시킨 후 건져내어 37℃ 진공 오븐에서 24시간 감압 건조하였다.
[실시예 12]
10% NaCl-CSH 혼합 충진재가 침투된 원통형 β-TCP 블록을 2주간 유사 체액에 침적시킨 후 건져내어 37℃ 진공 오븐에서 24시간 감압 건조하였다.
[실시예 13]
15% NaCl-CSH 혼합 충진재가 침투된 원통형 β-TCP 블록을 1주간 유사 체액에 침적시킨 후 건져내어 37℃ 진공 오븐에서 24시간 감압 건조하였다.
[실시예 14]
15% NaCl-CSH 혼합 충진재가 침투된 원통형 β-TCP 블록을 2주간 유사 체액에 침적시킨 후 건져내어 37℃ 진공 오븐에서 24시간 감압 건조하였다.
[실시예 15]
20% NaCl-CSH 혼합 충진재가 침투된 원통형 β-TCP 블록을 1주간 유사 체액에 침적시킨 후 건져내어 37℃ 진공 오븐에서 24시간 감압 건조하였다.
[실시예 16]
20% NaCl-CSH 혼합 충진재가 침투된 원통형 β-TCP 블록을 2주간 유사 체액에 침적시킨 후 건져내어 37℃ 진공 오븐에서 24시간 감압 건조하였다.
[실시예 17]
실시예에 대해 시험관내 시험(In Vitro Study)을 다음과 같이 진행하였다.
(1) 압축강도
높이 10 mm 및 지름 5 mm의 원통형 β-TCP에 대해 만능시험기(Instron 3366, U.S.A.)를 이용하여 크로스 헤드 스피드(cross head speed) 1 mm/min로 압축강도를 측정하였다. 도 2 내지 5는 본 발명의 고강도 골 대체용 합성 골의 혼합비율 및 SBF 침적조건에 따른 압축강도의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 2 내지 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 다공성 무기재료에 충진재인 CSH와 NaCl을 충진함에 따라 압축강도가 크게 증가하였으며, SBF에 침적시킨 후에는 CSH와 NaCl이 용해되어 압축강도가 원 상태와 비슷한 수준으로 감소하였다.
(2) 표면관찰
고강도 골 대체용 합성 골을 제작하여 SBF에 침적 용해시키고 건조 후 표면형상의 변화를 관찰하고자 표면을 USB 현미경(이시웍스, K89)으로 1000배의 배율로 관찰하였다. 도 1 내지 도 4는 본 발명의 무기재료의 표면 형태학을 보여주는 현미경 사진으로, 도 1(a)는 원통형 β-TCP 초기, 도 2(b)는 석고와 NaCl 혼합 후, 도 3(c)는 SBF에 함침 1주 후, 도 4(d)는 SBF에 함침 2주 후의 사진이다. 도 1 내지 도4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 다공성 무기재료의 기공에 석고와 NaCl을 침투시킴에 따라 기공의 양과 크기가 감소하였으며, SBF에 침적시킨 후에는 석고 및 NaCl이 용해되어 기공의 양과 크기가 원 상태와 비슷한 수준으로 증가하였다.
결론적으로, 본 발명에서는 원통형 골 대체용 무기재료인 β-TCP의 기공에 석고와 NaCl을 침투시켜 다음과 같은 결과를 얻었다.
1. 원통형 β-TCP의 기공에 석고와 NaCl을 침투시키게 되면, 기공의 양과 크기가 감소하였다.
2. 원통형 β-TCP의 기공에 석고와 NaCl을 침투시키게 되면, 압축강도가 증가하였다.
3. 고강도 골 대체용 합성 골을 유사 체액(SBF)에 1주 및 2주간 침적 시, 석고와 NaCl이 용해 및 용출되어 기공의 양과 크기가 원상태와 비슷한 수준으로 증가하였고 압축강도는 원상태와 비슷한 수준으로 감소하였다.

Claims (6)

  1. 다공성 무기재료;
    다공성 무기재료의 기공에 칼슘 설페이트 반수화물(CSH; calcium sulfate hemihydrate)의 입자 상태로 충진된 후, 수분과 결합하여 칼슘 설페이트 이수화물(CSD; calcium sulfate dihydrate)로 전환되면서 부피가 팽창된 석고; 및
    다공성 무기재료의 기공에 충진된 NaCl을 포함하는 골 대체용 합성 골.
  2. 제1항에 있어서,
    다공성 무기재료는 베타-트리칼슘 포스페이트, 알파-트리칼슘 포스페이트, 디칼슘 포스페이트 다이베이식, 테트라칼슘 포스페이트, 하이드록시아파타이트, 칼슘 포스페이트 시멘트, 칼슘 카보네이트, 칼슘 설페이트, 생체 활성 글라스 세라믹, 실리카 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 골 대체용 합성 골.
  3. 제1항에 있어서,
    다공성 무기재료의 기공에 충진된 다당류를 추가로 포함하는 골 대체용 합성 골.
  4. 1항에 있어서,
    석고 및 NaCl은 각각 100 ㎛ 이하의 입자 상태로 충진되는 것을 특징으로 하는 골 대체용 합성 골.
  5. 제1항에 있어서,
    NaCl 및 석고의 혼합비는 중량비로서 1:4 내지 1:99인 것을 특징으로 하는 골 대체용 합성 골.
  6. 다공성 무기재료와 다공성 무기재료의 기공에 칼슘 설페이트 반수화물(CSH; calcium sulfate hemihydrate)의 입자 상태로 충진된 후 수분과 결합하여 칼슘 설페이트 이수화물(CSD; calcium sulfate dihydrate)로 전환되면서 부피가 팽창되는 석고 및 NaCl을 혼합하여 다공성 무기재료의 기공에 상기 석고 및 NaCl을 충진하는 단계;
    상기 석고 및 NaCl이 충진된 다공성 무기재료를 습식 처리하는 단계; 및
    습식 처리된 다공성 무기재료를 건조하는 단계를 포함하는 골 대체용 합성 골의 제조방법.
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