KR100445720B1 - α-TCP/HAP biphasic cement and its preparing process - Google Patents
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Abstract
본 발명의 α-TCP/HAP의 2성분상 시멘트의 제조방법은 인산 암모늄((NH4)2HPO4, AP)분말 및 수산 아파타이트(Ca10(PO4)6(OH)2, HAP)분말의 혼합물을 제조하고; 상기 분말 혼합물을 열처리하고; 그리고 α-TCP/HAP의 2성분상의 시멘트를 얻는 단계로 이루어진다.The production method of the two-component cement of α-TCP / HAP of the present invention is ammonium phosphate ((NH 4 ) 2 HPO 4 , AP) powder and aquatic apatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 , HAP) powder Preparing a mixture of; Heat treating the powder mixture; And it consists of a step of obtaining the cement of the two-component phase of α-TCP / HAP.
Description
발명의 분야Field of invention
본 발명은 뼈 충진물인 α-TCP/HAP 2성분상으로 구성된 시멘트 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 수용액 중에 잠긴 상태에서라도 빠르게 응결(setting)될 수 있고, 2성분상의 각 성분이 조절될 수 있는 것에 특징이 있는 뼈 충진물로 사용되는 α-TCP/HAP 2성분상 시멘트 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cement composed of a bone-filled α-TCP / HAP bicomponent phase and a method for producing the same. More specifically, the present invention is α-TCP / HAP bi-component cement used as a bone filler characterized in that it can be quickly set even in a state of submerged in an aqueous solution, characterized in that each component of the two-phase can be adjusted and its It relates to a manufacturing method.
발명의 배경Background of the Invention
외상, 뼈 종양 또는 낭종으로 인해 부분적으로 뼈를 제거해야하는 사람에게 있어서는 적절한 뼈 충진물이 필요하다.Appropriate bone fillers are needed for people who need partial bone removal due to trauma, bone tumors or cysts.
종래의 뼈 충진 시멘트는 아크릴 수지와 HDPE와 같은 폴리머로부터 만들었는데, 폴리머는 생체 부적합성으로 인한 문제가 야기되었다. 이러한 관점에서 이와 같은 거부 반응을 완화하기 위해 인산 칼슘(CPs)을 폴리머에 첨가하는 시도가 있었는데, 이는 수산 아파타이트 분말(hydroxyapatite power, Ca10(PO4)6(OH)2, HAP) 또는 인산 3칼슘 분말(Ca3(PO4)2, TCP)과 같은 인산칼슘이 좀 더 생체적합성이 있으므로 인체에 직접적으로 뼈조직과 결합될 수 있기 때문이다. 그런데, 인산칼슘 분말은 폴리머에 둘러싸이기 쉽고, 이로 인해 생체적합성 기능이 제한되어 뼈조직과 접촉될 수 없다.Conventional bone filling cements are made from polymers such as acrylic resins and HDPE, which have caused problems due to biocompatibility. In view of this, attempts have been made to add calcium phosphates (CPs) to the polymer to mitigate such rejection reactions, which are either hydroxyapatite power (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 , HAP) or phosphoric acid 3. This is because calcium phosphate, such as calcium powder (Ca 3 (PO 4 ) 2 , TCP), is more biocompatible and can be directly linked to bone tissue in the human body. However, the calcium phosphate powder is easily surrounded by the polymer, thereby limiting the biocompatibility function and cannot be contacted with the bone tissue.
따라서 무기물인 인산 칼슘, 예를 들어 인산칼슘 시멘트(CPC)만으로 이루어진 뼈 충진물을 개발하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 이는 이들이 생체적합성이 있고 인체 조직과 유사하기 때문이다. 지금까지는 많은 인산칼슘 시멘트(CPC)시스템이 개발되었으며, 예로 인산4칼슘(Ca4P2O9, TTCP), 인산2칼슘(CaHPO4, DCP), 인산8칼슘(Ca8H2(PO4)6·5H2O, OCP), α-TCP, β-TCP 및 HAP가 있다.Therefore, a lot of research is being conducted to develop bone fillers composed of only inorganic calcium phosphate, for example calcium phosphate cement (CPC), because they are biocompatible and similar to human tissues. To date, many calcium phosphate cement (CPC) systems have been developed, for example 4 calcium phosphate (Ca 4 P 2 O 9 , TTCP), dicalcium phosphate (CaHPO 4 , DCP), 8 calcium phosphate (Ca 8 H 2 (PO 4). ) 6 · 5H 2 O, OCP), α-TCP, β-TCP and HAP.
따라서 뼈충진물의 개발에 있어서 이상적인 뼈충진물은 다음의 조건을 갖추어야 한다. 즉 (1) 생체적합성을 의해 인산칼슘 성분을 함유하여야 하며, (2) 뼈충진 시술의 초기단계에서 성형성을 부여하여야 하고, (3) 뼈충진 시술 후 빠르게 응결될 수 있어야 한다.Therefore, the ideal bone filler in the development of bone filler should meet the following conditions. That is, (1) it should contain calcium phosphate component by biocompatibility, (2) impart moldability at the initial stage of bone filling procedure, and (3) be able to quickly settle after bone filling procedure.
이에 따라 본 발명자들은 생체 적합성인 인산칼슘 성분으로 구성되어 있고 인체내에서 빠르게 응결될 수 있는 α-TCP/HAP 2성분 시멘트를 개발하기에 이른 것이다.Accordingly, the present inventors have begun to develop α-TCP / HAP bicomponent cement, which is composed of a biocompatible calcium phosphate component and which can be quickly condensed in the human body.
본 발명의 목적은 생체 적합성을 가진 인산칼슘을 함유하고, 성형성 분말이며, 빠르게 응결되는 뼈충진 시술에 적합한 α-TCP/HAP 2성분상으로 구성된 뼈충진물 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a bone filler composed of α-TCP / HAP bicomponent phase containing calcium phosphate with biocompatibility, being a moldable powder, and suitable for fast-aggregating bone filling procedures.
본 발명의 다른 목적은 상기의 뼈 충진물로 사용되는 α-TCP/HAP 2성분상 시멘트를 합성하는 방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for synthesizing α-TCP / HAP two-phase cement used as the bone filler.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 α-TCP/HAP의 2성분상 시멘트의 성분이 조절될 수 있는 α-TCP/HAP 2성분상 시멘트를 합성하는 방법을 제공하기 위한 것이다.Still another object of the present invention is to provide a method of synthesizing α-TCP / HAP bicomponent cement in which the components of the bicomponent cement of α-TCP / HAP can be controlled.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 모두 하기 설명되는 본 발명에 의해서 모두 달성될 수 있다.The above and other objects of the present invention can all be achieved by the present invention described below.
발명의 요약Summary of the Invention
본 발명의 α-TCP/HAP 2성분상 시멘트는 30 내지 60 중량%의 α-인산칼슘(Ca3(PO4)2, α-TCP) 및 40 내지 70 중량%의 수산 아파타이트(Ca10(PO4)6(OH)2, HAP)로 구성되어 있다. 본 발명의 α-TCP/HAP 2성분상 시멘트는 수용액 중에 잠긴 상태에서라도 빠르게 응결될 수 있다. 또한 본 발명은 α-TCP/HAP 2성분상 시멘트의 각 성분이 조절될 수 있는 α-TCP/HAP 2성분상 시멘트의 합성방법을 제공한다.The α-TCP / HAP biphasic cement of the present invention comprises 30 to 60% by weight of α-calcium phosphate (Ca 3 (PO 4 ) 2 , α-TCP) and 40 to 70% by weight of apatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 , HAP). The α-TCP / HAP biphasic cement of the present invention can be quickly condensed even in a submerged state in an aqueous solution. The present invention also provides a method for synthesizing α-TCP / HAP bicomponent cements in which each component of the α-TCP / HAP bicomponent cements can be controlled.
본 발명의 α-TCP/HAP 2성분 시멘트는 인산칼슘 시멘트(CPC)의 일종으로 이는 인체내에서 응결되는데 이는 인산칼슘의 서로 다른 종이 수용액에 용해되어 응리(segregation)되기 때문이다. 응리되어 형성된 아파타이트 결정은 서로 작용하여 응결하며 이는 시멘트의 응고와 유사하다.Α-TCP / HAP bicomponent cement of the present invention is a kind of calcium phosphate cement (CPC), which is condensed in the human body because it is dissolved and segregated in different species of aqueous solution of calcium phosphate. Agglomerated apatite crystals work together to coagulate, which is similar to cement coagulation.
이하 본 발명의 내용을 하기에 상세히 설명한다.Hereinafter, the content of the present invention will be described in detail.
제1도는 서로 다른 시간동안 링거액에 잠긴 시멘트 샘플 H7A3, H6A4, H5A5 및 H4A6의 스트레스 강도를 나타낸 것이다.Figure 1 shows the stress strengths of cement samples H7A3, H6A4, H5A5 and H4A6 submerged in Ringer's solution for different times.
본 발명의 α-TCP/HAP 2성분 시멘트를 제조하는 방법은 인산 암모늄(AP) 분말과 수산 아파타이트(HAP)분말의 혼합물을 열처리하여 얻는다.The method for producing α-TCP / HAP bicomponent cement of the present invention is obtained by heat treatment of a mixture of ammonium phosphate (AP) powder and apatite hydroxide (HAP) powder.
상기 분말 혼합물은 AP분말을 탈이온수에 용해시킨 다음, 여기에 HAP분말을 가하고 이를 교반시킨 후, 상기 혼합물을 오븐에 건조시켜 얻는다. 제조 공정이 매우 간단하므로 혼합물 중 AP분말과 HAP분말의 성분은 임의적으로 정확하게 조절된다.The powder mixture is obtained by dissolving AP powder in deionized water, adding HAP powder thereto, stirring the mixture, and drying the mixture in an oven. Since the manufacturing process is very simple, the components of the AP powder and the HAP powder in the mixture are arbitrarily controlled precisely.
분말 혼합물의 열 처리 공정은 상기 분말 혼합물을 10℃/min의 가열속도로 1,200 내지 1,500 ℃까지 가열하고 1,200∼1,500℃에서 1시간 동안 등온을 유지한다. 다음 혼합물을 실온까지 급랭하면 α-TCP/HAP 2성분상 시멘트를 얻게 된다.The heat treatment process of the powder mixture heats the powder mixture to 1,200-1,500 ° C at a heating rate of 10 ° C / min and maintains isothermal for 1 hour at 1,200-1,500 ° C. The mixture is then quenched to room temperature to give α-TCP / HAP biphasic cement.
상기 HAP분말은 AP분말과 잘 혼합될 수 있는데 이는 AP분말이 수용액에서 쉽게 용해되기 때문이다. 상기 혼합물이 고온으로 가열될 경우, AP의 HPO4 2-는 HAP와 반응하여 2성분상의 TCP/HAP를 생성한다. 더 나아가 α-TCP/HAP의 서로 다르고 정밀한 무게 성분은 AP분말의 양을 조절함으로써 얻을 수 있게 되는 것이다. 본 발명의 공정에서 분말 혼합물의 바람직한 성분은 4 내지 8 중량%의 AP분말 및 92 내지 96 중량%의 HAP 분말로 구성된다.The HAP powder can be mixed well with the AP powder because the AP powder is easily dissolved in an aqueous solution. When the mixture is heated to a high temperature, HPO 4 2- of the AP reacts with HAP to produce a bicomponent TCP / HAP. Furthermore, different and precise weight components of α-TCP / HAP can be obtained by controlling the amount of AP powder. Preferred components of the powder mixture in the process of the invention consist of 4 to 8% by weight of AP powder and 92 to 96% by weight of HAP powder.
본 발명에서 2상을 이루는 α-TCP와 HAP성분은 규칙적인 용해와 시멘트의 응리(segregation)에 영향을 주는 매우 중요한 인자이다. 본 발명의 공정에 따르면, α-TCP/HAP 2성분상 시멘트의 성질은 α-TCP/HAP의 중량 비를 변화시킴에 따라 조절될 수 있다. 본 공정에서 α-TCP/HAP 2성분상 시멘트의 성분은 AP분말과 HAP분말 각각의 중량%를 조정함으로써 조절된다.The two-phase α-TCP and HAP components in the present invention are very important factors influencing regular dissolution and segregation of cement. According to the process of the present invention, the properties of the α-TCP / HAP bicomponent cement can be adjusted by varying the weight ratio of α-TCP / HAP. In the present step, the component of the α-TCP / HAP bicomponent cement is controlled by adjusting the weight percentage of each of the AP powder and the HAP powder.
본 발명의 α-TCP/HAP 2성분 시멘트의 바람직한 구체예는 30 내지 60 중량%의 α-TCP 및 70 내지 40 중량%의 HAP 로 구성된다.상기의 α-TCP/HAP 2성분 시멘트의 바람직한 함량비는 당업자에게 자명한 사실로서 용이하게 실시할 수 있다.Preferred embodiments of the α-TCP / HAP bicomponent cement of the present invention consist of 30 to 60 wt% of α-TCP and 70 to 40 wt% of HAP. Preferred contents of the α-TCP / HAP bicomponent cement The ratio can be easily carried out as a fact apparent to those skilled in the art.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 명확히 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적에 불과하며 발명의 영역을 제한하고자 하는 것은 아니다.The present invention can be more clearly understood by the following examples, which are only intended to illustrate the present invention and are not intended to limit the scope of the invention.
실시예 1∼9: α-TCP/HAP 2성분상 시멘트의 합성Examples 1-9: Synthesis of α-TCP / HAP Bicomponent Cement
실시예 1Example 1
AP분말 0.219g을 정량하고 탈이온수에 용해시켰다. 다음으로 HAP분말 20g을 AP수용액에 가하고 교반을 하여 혼합시키고 오븐에서 70℃정도에서 3일간 건조시켰다. 건조된 AP와 HAP 혼합 분말을 백금 도가니에 넣어 SiC로에서 1,350℃까지 10℃/min의 속도로 가열하고 1,350℃에서 1시간동안 등온을 유지하였다. 이를 실온으로 급랭시켜 중량비10/90(이하 A10H90으로 축약함)의 α-TCP/HAP 2성분상 시멘트를 얻었다.0.219 g of AP powder was quantified and dissolved in deionized water. Next, 20 g of HAP powder was added to the aqueous solution of AP, stirred and mixed, and dried in an oven at 70 ° C. for 3 days. The dried AP and HAP mixed powder was placed in a platinum crucible and heated in a SiC furnace to 1,350 ° C. at a rate of 10 ° C./min and kept isothermal at 1,350 ° C. for 1 hour. This was quenched to room temperature to obtain α-TCP / HAP bicomponent cement having a weight ratio of 10/90 (hereinafter abbreviated to A10H90).
실시예 2∼9Examples 2-9
상기 실시예1과 동일한 조건에서 하되, 다만 AP분말을 각각 다른 중량으로 가하여 하기의 A20H80, A30H70, A40H60, A50H50, A60H40, A70H30, A80H20 및 A90H10의 생성물을 얻었다. 이는 표1에 나타나 있다.Under the same conditions as in Example 1, except that AP powder was added at different weights to obtain the products of A20H80, A30H70, A40H60, A50H50, A60H40, A70H30, A80H20 and A90H10. This is shown in Table 1.
실시예 10∼13 생성물의 응결 실험Examples 10-13 Condensation experiment of the product
실시예10Example 10
실시예3에 의해 얻은α-TCP/HAP의 2성분상 시멘트를 분쇄기에서 산화 알루미늄로 분쇄하였으며, 시멘트의 직경은 0.5㎛ 내지 2㎛로 줄어들었다. 분쇄 된 분말을 0.4㎖/g 또는 2.5%농도의 Na2HPO4용액과 혼합한 다음 스테인레스 스틸 성형기로 성형하여 직경 0.7cm 와 높이 1.4cm의 원통모양의 샘플을 얻었다. 성형된 샘플은 1 내지 5분간 포화 증기상에 방치하고, 링거액에 놓아 응결현상을 관찰하였다. 결과는 표2에 나타나 있다.The two-component cement of α-TCP / HAP obtained in Example 3 was pulverized with aluminum oxide in a mill, and the diameter of the cement was reduced to 0.5 µm to 2 µm. The ground powder was mixed with 0.4 ml / g or 2.5% Na 2 HPO 4 solution and then molded into a stainless steel molding machine to obtain a cylindrical sample of 0.7 cm in diameter and 1.4 cm in height. The molded sample was left in saturated vapor for 1 to 5 minutes and placed in Ringer's solution to observe condensation. The results are shown in Table 2.
실시예11∼13Examples 11-13
상기 실시예10과 유사하되, 실시예 4∼6에서 얻은 α-TCP/HAP의 2성분상 시멘트를 샘플로 사용하였다. 결과는 하기 표2에 나타내었다.Similar to Example 10, but using a two-component cement of α-TCP / HAP obtained in Examples 4 to 6 as a sample. The results are shown in Table 2 below.
S: 응결(setting)S: setting
NS: 미응결(no setting)NS: no setting
표2에서 보는 바와 같이 서로 다른 시간 동안 포화 증기에 방치한 후 링거 액에 놓았을 때, α-TCP/HAP의 2성분상 시멘트 샘플들은 응결여부에 차이점이 있었다. A30H70과 A60H40은 2분간 포화증기에 방치한 후 링거 액에 놓았을 때 응결되지 않았으나, 3분인 경우에는 응결되었다. A40H60과 A50H50은 좀 더 짧은 시간인 2분간 증기에 방치하였으나 응결되었다. 표2의 결과에서 보는 바와 같이 본 발명의 시멘트는 매우 짧은 시간인 경우라도 응결될 수 있었다.As shown in Table 2, when left in saturated steam for different times and then placed in Ringer's solution, the two-component cement samples of α-TCP / HAP showed differences in condensation. A30H70 and A60H40 did not condense when placed in Ringer's solution after 2 minutes of saturated steam, but in 3 minutes. The A40H60 and A50H50 condensed after standing in the steam for a shorter period of 2 minutes. As shown in the results of Table 2, the cement of the present invention could be condensed even in a very short time.
실시예 14∼17: 스트레스 강도 실험Examples 14-17 Stress Intensity Experiments
A30H70, A40H60, A50H50 및 A60H40의 샘플을 약 37℃의 링거액에 각각 1시간, 3시간, 6시간, 12시간, 3일 및 7일간 담가 놓는다. 상기 샘플을 각각 다른 시간에 꺼내어 반응을 중지시키기 위해 아세톤에 넣는다. 담근 샘플은 MTS로 스트레스 강도를 측정하여 기록한다. 실험결과는 도1에 나타나있다.Samples of A30H70, A40H60, A50H50 and A60H40 are soaked in Ringer's solution at about 37 ° C. for 1 hour, 3 hours, 6 hours, 12 hours, 3 days and 7 days, respectively. The samples are each taken out at different times and placed in acetone to stop the reaction. The dipped samples are recorded by measuring the stress intensity with MTS. The experimental results are shown in FIG.
도1에서는 24시간 담근 후, A50H50의 스트레스 강도가 35 MPa에 달하였음을 알 수 있다. 다른 샘플 역시 비슷한 수준에 달하며, 따라서 본 발명의 α-TCP/HAP의 2성분상 시멘트는 높은 스트레스에서도 견딜 수 있음을 알 수 있다.In Figure 1, after 24 hours immersion, it can be seen that the stress intensity of A50H50 reached 35 MPa. Other samples also reach a similar level, so it can be seen that the two-phase cement of α-TCP / HAP of the present invention can withstand high stress.
본 발명의 α-TCP/HAP 2성분상으로 구성된 시멘트는 생체적합성이 있는 성형성 분말로서 월등한 뼈충진물을 제조할 수 있고, 뼈충진 시술에 있어서 적합하도록 빠르게 응결되며 2성분의 각 성분이 조절될 수 있는 시멘트를 얻을 수 있는 발명의효과를 가진다.Cement composed of α-TCP / HAP bicomponent phase of the present invention is a biocompatible moldable powder to produce superior bone fillers, and quickly solidify so as to be suitable for bone filling procedures, and each component of the two components is controlled. It has the effect of the invention to obtain a cement that can be.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.Simple modifications or changes of the present invention can be easily carried out by those skilled in the art, and all such modifications or changes can be seen to be included in the scope of the present invention.
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