KR102079096B1

KR102079096B1 - 인산칼슘 다공체의 제조 방법 및 해당 제조 방법으로 얻어진 인산칼슘 다공체

Info

Publication number: KR102079096B1
Application number: KR1020157001081A
Authority: KR
Inventors: 야스미치 코가이; 다이스케 노미; 히사시 핫토리; 칼 카즈시게 카와베; 유 우메바야시; 유키노리 카타오카; 미노루 미야우치
Original assignee: 제이엔씨 주식회사
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2020-02-19
Also published as: US9896782B2; JPWO2013191221A1; EP2865791A1; JP5422784B1; KR20150031291A; AU2013278347C1; US20150152573A1; WO2013191221A1; AU2013278347B2; EP2865791A4; AU2013278347A1; CN104411869A; CN110042502A

Abstract

연통되는 미세 공들을 갖는 인산칼슘 다공체의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 인산칼슘을 정전방사하는 인산칼슘 다공체의 제조 방법에 의해, 연통되는 동시에 균일한 미세 공들을 갖는 인산칼슘 다공체를 제조할 수 있다.

Description

인산칼슘 다공체의 제조 방법 및 해당 제조 방법으로 얻어진 인산칼슘 다공체{METHOD FOR PRODUCING POROUS CALCIUM PHOSPHATE BODY, AND POROUS CALCIUM PHOSPHATE BODY PRODUCED THEREBY}

본 발명은 인산칼슘 다공체의 제조 방법 및 해당 제조 방법으로 얻어진 인산칼슘 다공체에 관한 것이다.

인산칼슘의 일종인 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite)는 치아나 뼈의 주성분인 세라믹스이며, 우수한 생체 적합성, 단백질 흡착 특성 및 촉매 활성 등을 가지기 때문에 인공 뼈 및 뼈 보충재 등의 생체 재료나 크로마토그래피용 충진재 및 고분자 알코올 등의 합성용 촉매로서 이용된다. 특히, 생체 친화성, 흡착 특성, 반응 특성 등의 관점에서 다공질의 하이드록시아파타이트 재료가 보다 적합하다. 예를 들면, 하이드록시아파타이트를 생체 재료로 이용할 경우, 다공질이므로 생체조직이 세공에 들어갈 수 있게 되고, 생체 조직과 결합하기 쉽게 하는 것이 가능해진다. 또한, 크로마토그래피의 충진재나 촉매로서 이용할 경우, 다공질이므로 비표면적이 커지고 분리 특성이나 반응 특성을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 하이드록시아파타이트 다공체를 제조하기 위하여, 하이드록시아파타이트와 수용성 고분자의 슬러리를 교반하는 것에 의해 기포(起泡)시키고, 기포된 슬러리를 가열하는 것에 의해 겔화시키며, 기포를 보유한 상태로 건조 및 소성하는 방법이 제시되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

그러나, 예를 들면, 얻어진 다공체를 인공 골로서 이용할 경우에 혈류의 유통을 가능하게 하고 내부까지 신생 골을 형성시키거나, 크로마토그래피의 충진재로서 이용할 경우에 실험 자료의 통과를 쉽게 하고, 여과 속도를 향상시키기 위해서는, 하이드록시아파타이트 내에 형성된 기포를 연통시킬 필요가 있다. 그렇지만, 슬러리 중에 포함되는 기포를 이용하여 다공체를 얻는 방법으로는, 슬러리 중에서 형성되는 기포들끼리 충분히 연결되지 않고, 다공체 내에 독립 공으로 형성되는 비율이 높으며, 연통 공이 형성되는 비율이 낮다는 문제가 있다. 또한, 기포를 제어하는 것이 어렵기 때문에 균일한 공경 및 공극률을 제어하는 것이 어렵다는 문제가 있다.

또한, 하이드록시아파타이트 등의 세라믹스 슬러리를 스펀지 등의 유기 다공체에 함침시키고, 슬러리가 함침된 유기 다공체를 건조 및 소성하는 방법도 알려져 있다. 이러한 알려진 방법에 의하면, 연통 공의 비율이 높은 공극률의 세라믹스 다공체를 제조할 수 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).

그러나, 세라믹스의 다공성은 유기 다공체의 다공성에 의해 규정되므로, 보다 미세한 구멍을 갖는 세라믹스 다공체를 제조하는 경우, 유기 다공체 내에 슬러리가 충만하여 막힘이 발생한다. 그 결과, 연통되는 미세 공들을 갖는 세라믹스 다공체를 제조하기 어렵다는 결점을 가지고 있다.

선행 기술 문헌

[특허 문헌]

특허 문헌 1：일본 특허 공개 공보 평02-167868호

특허 문헌 2：일본 특허 공개 공보 제2004-49355호

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하고, 연통되는 미세 공들을 갖는 인산칼슘 다공체의 제조 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 연통되는 동시에 균일한 미세 공들을 갖는 인산칼슘 다공체의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 전술한 과제를 해결하기 위하여 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 인산칼슘을 정전방사(靜電紡絲)에 의해 섬유 형상으로 형성시키고, 섬유 형상 구조물 전구체(이하, "섬유 집합체"라 한다)로 하여 연통시키며, 특히, 바람직하게는 연통되는 동시에 균일한 미세 공들을 갖는 인산칼슘 다공체를 제조할 수 있는 과정을 도출하고, 이러한 지견에 기초하여 본 발명의 완성에 이르렀다.

본 발명은 다음과 같은 구성을 가진다.

(1) 인산칼슘을 정전방사하는 것을 특징으로 하는 인산칼슘 다공체의 제조 방법.

(2) 상기 정전방사되는 인산칼슘이 하이드록시아파타이트 또는 인산삼칼슘인 상기 사항 (1)에 기재된 인산칼슘 다공체의 제조 방법.

(3) 상기 인산칼슘 다공체가 하이드록시아파타이트 다공체 또는 인산삼칼슘 다공체인 상기 사항 (1) 또는 사항 (2)에 기재된 인산칼슘 다공체의 제조 방법.

(4) X선 회절 측정에 의한 회절각 2θ＝46.7˚에 있어서의 피크의 반값 폭이 0.5˚이상인 하이드록시아파타이트를 이용하는 상기 사항 (1) 내지 사항 (3) 중의 어느 하나의 사항에 기재된 인산칼슘 다공체의 제조 방법.

(5) 인산칼슘을 분산 매체에 분산시킨 분산액으로서, 상기 분산액을 정전방사한 후에 방사된 섬유를 소성하는 것을 특징으로 하는 상기 사항 (1) 내지 사항 (4) 중의 어느 하나의 사항에 기재된 인산칼슘 다공체의 제조 방법.

(6) 분산액에 섬유 형성성 고분자를 더 분산시키는 상기 사항 (5)에 기재된 인산칼슘 다공체의 제조 방법.

(7) 500도 이상의 온도 범위에서 소성을 수행하는 상기 사항 (5) 또는 사항 (6)에 기재된 인산칼슘 다공체의 제조 방법.

(8) 인산칼슘/섬유 형성성 고분자(중량비)가 0.3 이상인 상기 사항 (6) 또는 사항 (7)에 기재된 인산칼슘 다공체의 제조 방법.

(9) 상기 사항 (1) 내지 사항 (8) 중의 어느 하나의 사항에 기재된 제조 방법으로 얻어진 인산칼슘 다공체.

본 발명에 의해, 서로 연통되는, 특히 연통되는 동시에 균일한 미세 공들을 갖는 인산칼슘 다공체의 제조가 가능해진다.

도 1은 하이드록시아파타이트 다공체의 구멍의 균일성 및 연통성의 상태를 나타내는 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 2는 하이드록시아파타이트 다공체에 있어서의 하이드록시아파타이트 미립자의 응집 일체화의 상태를 나타내는 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 3은 하이드록시아파타이트 다공체의 구멍의 균일성 및 연통성의 상태를 나타내는 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 4는 하이드록시아파타이트 다공체에 있어서의 하이드록시아파타이트 미립자의 응집 일체화의 상태를 나타내는 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 5는 하이드록시아파타이트 다공체의 구멍의 균일성 및 연통성의 상태를 나타내는 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 6은 섬유 형상 구조물 전구체의 구멍의 균일성 및 연통성의 상태를 나타내는 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 7은 하이드록시아파타이트 다공체의 구멍의 균일성 및 연통성의 상태를 나타내는 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 8은 하이드록시아파타이트 다공체에 있어서의 하이드록시아파타이트 미립자의 응집 일체화의 상태를 나타내는 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 9는 하이드록시아파타이트 다공체의 X선 회절 측정에 의해 얻어진 회절도이다.
도 10은 하이드록시아파타이트 다공체에 있어서의 하이드록시아파타이트 미립자의 응집 일체화의 상태를 나타내는 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 11은 하이드록시아파타이트 다공체의 X선 회절 측정에 의해 얻어진 회절도이다.

이하, 본 발명을 발명의 실시 형태에 의거하여 상세하게 설명한다.

인산칼슘 다공체의 제조 방법

본 발명에 따른 인산칼슘 다공체의 제조 방법은 인산칼슘을 정전방사(靜電紡絲)하는 방법을 기초로 하는 방법이다. 상기 인산칼슘이 하이드록시아파타이트일 경우, 얻어진 인산칼슘 다공체를 하이드록시아파타이트 다공체라고 한다. 또한, 상기 인산칼슘이 인산삼칼슘일 경우, 얻어진 인산칼슘 다공체를 인산삼칼슘 다공체라고 한다.

인산칼슘

본 발명에서 이용되는 인산칼슘으로서는 인산수소칼슘, 인산삼칼슘, 하이드록시아파타이트 등을 들 수 있다. 이들 중에서 생체 적합성의 관점에서 인산삼칼슘 및 하이드록시아파타이트가 바람직하다. 한편, 여기서 말하는 인산삼칼슘은 인산삼칼슘 전구체를 포함하는 의미로 사용된다.

이하에서는 인산칼슘으로서 하이드록시아파타이트를 이용하는 경우의 예를 설명하지만, 인산칼슘으로서 인산삼칼슘을 이용하는 경우도 이와 같이 설명할 수 있다. 또한, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 있어서, 하이드록시아파타이트 다공체의 제조에 이용되는 하이드록시아파타이트(이하, "본 발명의 제조에 이용되는 하이드록시아파타이트"라고 하는 경우도 있다)는, 예를 들면, 칼슘 이온 수용액과 인산 이온 수용액을 반응시키는 것에 의해 제조할 수 있다. 또한, SHAp(소성 하이드록시아파타이트 나노 입자, 소프세라사(SofSera Corporation) 제조) 등과 같은 시판되는 것을 이용할 수도 있다.

본 발명의 제조에 이용되는 하이드록시아파타이트는 저 결정성이여도 좋고, 고 결정성이여도 좋다. 저 결정성일 경우, 섬유 중으로 하이드록시아파타이트끼리 응집 일체화되고, 하이드록시아파타이트 다공체의 강도를 향상시킬 수 있는 점에서 바람직하다. 이러한 하이드록시아파타이트의 결정성의 정도는 X선 회절법에 의해 측정할 수 있으며, 각 결정면을 나타내는 피크의 반값 폭이 넓은 만큼 결정성은 낮아진다. 구체적으로는, 회절각 2θ＝46.7˚에 있어서의 피크의 반값 폭이 0.5˚ 이상인 것이 바람직하며, 0.7˚ 이상인 것이 보다 바람직하다. 이러한 저 결정성 하이드록시아파타이트는, 예를 들면, 습식법에 의해 용이하게 제조할 수 있다. 습식법에 있어서, 예를 들면, 초산칼슘 수용액과 인산암모늄 수용액을 알칼리성 조건에서 혼합하고, 반응 용액의 온도를 0∼100℃, pH를 7∼14, 반응 시간을 3∼48시간의 범위로 함으로써 원하는 범위로 결정성을 제어할 수 있다.

본 발명에 이용되는 하이드록시아파타이트가 고 결정성일 경우, 하이드록시아파타이트 다공체의 강도는 낮아지지만, 섬유 표면에 미세한 요철 형상이 형성되기 때문에 비표면적을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 있어서 고 결정성이라는 것은 상기 X선 회절법에 의해 측정할 때에 회절각 2θ＝46.7˚에 있어서의 피크의 반값 폭이 0.5˚ 미만인 것을 말한다. 이러한 고 결정성 하이드록시아파타이트는, 예를 들면, 습식법에서 합성한 저 결정성 하이드록시아파타이트를 소성하여 얻을 수 있다. 소성에 있어서, 예를 들어, 소성 온도를 100∼1800℃의 범위 내로 설정하고, 소성 시간에 대해서는 원하는 세라믹스 입자의 경도 등을 기준에 적절하게 설정함으로써 원하는 범위로 결정성을 제어할 수 있다.

또한, 하이드록시아파타이트 일차 입자간의 융착을 방지할 목적으로 융착 방지제를 첨가하여 소성하여도 좋다. 상기 융착 방지제의 구체적인 예로서는, 염화칼슘, 산화칼슘, 황산칼슘, 초산칼슘, 탄산칼슘, 수산화칼슘, 초산(酢酸)칼슘, 구연산칼슘 등의 칼슘을 포함하는 무기 화합물, 염화칼륨, 산화칼륨, 황산칼륨, 초산칼륨, 탄산칼륨, 수산화칼륨, 인산칼륨 등의 칼륨을 포함하는 무기 화합물, 염화나트륨, 산화나트륨, 황산나트륨, 초산나트륨, 탄산나트륨, 수산화나트륨, 인산나트륨 등의 나트륨을 포함하는 무기 화합물 등을 들 수 있다. 이의 사용량은 하이드록시아파타이트 일차 입자 100g에 대하여 1g 이상 1000g 이하가 바람직하고, 5g 이상 800g 이하가 보다 바람직하며, 10g 이상 500g 이하가 가장 바람직하다.

또한, 하이드록시아파타이트 일차 입자와 융착 방지제를 혼합시키는 공정에 있어서, 측쇄(側鎖)에 카복실기, 술폰기, 인산기 또는 아미노기 중에서 어느 하나를 갖는 고분자 화합물을 융착 방지 보조제로서 혼합하여도 좋다. 융착 방지 보조제로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌 아크릴산, 폴리에틸렌 메타크릴산, 폴리에틸렌 글루타민산, 폴리에틸렌술폰산, 폴리에틸렌 메타크릴산 알킬술폰산 에스테르, 폴리아크릴로일아미노메틸포스폰산, 폴리펩티드 등을 이용할 수 있으며, 바람직하게는, 폴리에틸렌 아크릴산이다. 이의 사용량은 하이드록시아파타이트 일차 입자 100g에 대하여 1g 이상 1000g 이하가 바람직하고, 5g 이상 800g 이하가 보다 바람직하며, 10g 이상 500g 이하가 가장 바람직하다.

본 발명의 제조에 이용되는 하이드록시아파타이트의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 입자 형상이어도, 로드 형상이어도, 섬유 형상이어도, 부정형 다결정체이어도 좋다. 하이드록시아파타이트가 섬유 내에서 긴밀 충진되어 균질한 섬유를 얻는 관점에서는 입자 형상의 하이드록시아파타이트가 바람직하다. 또한, 이의 입자 형상의 크기는 200㎚ 미만인 것이 바람직하며, 50㎚ 미만인 것이 보다 바람직하다. 크기를 상기 범위로 하는 것에 의해, 입자의 충진 밀도가 보다 고조되며, 얻어진 섬유 중에서 하이드록시아파타이트가 응집 일체화하기 쉬워짐으로써 강도가 향상된다.

분산 매체

방사되는 방사액의 양태는 여러 가지 양태들이 있지만, 하이드록시아파타이트는 분산 매체에 분산하여 방사액으로 하는 것이 바람직하다. 사용되는 분산 매체는 하이드록시아파타이트가 균일하게 분산되는 것이 가능하다면, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 물, 메탄올, 에탄올, 프로파놀, 아세톤, N, N-디메틸포름아미드, N, N-디메틸 아세트아미드, 디메틸슬폭시드, N-메틸-2-피롤리돈, 톨루엔, 크실렌, 피리딘, 포름산, 초산, 테트라히드로푸란, 디클로로메탄, 클로로포름, 1, 1, 1, 3, 3, 3-헥사플루오르 이소프로판올 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 이들 중에서 하이드록시아파타이트의 분산성의 관점에서는 극성 용매를 이용하는 것이 바람직하며, 예를 들면, 물, 메탄올, 에탄올, 프로파놀, 아세톤이나 N, N-디메틸포름아미드를 이용하여 분산액으로 하는 것이 보다 바람직하다.

상기 분산 매체에 대한 하이드록시아파타이트의 농도는 하이드록시아파타이트가 분산되게 하기 위해서 30중량% 이하인 것이 바람직하고, 15중량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 농도가 30중량% 이하일 경우, 분산 매체 내로 하이드록시아파타이트가 응집되기 어렵고, 섬유화가 용이하다.

섬유 형성성(纖維形成性) 고분자

하이드록시아파타이트와 분산 매체를 포함하는 분산액 중에 예사성(曳絲性)을 향상시킬 목적으로 섬유 형성성 고분자를 더 함유시켜도 좋다. 섬유 형성성 고분자는 하이드록시아파타이트의 섬유화를 촉진시키는 작용을 하는 효과가 있으면 좋고, 상기 분산 매체로 용해 가능하며, 소성에 의해 분해되는 것으로부터 선택된다. 상기 섬유 형성성 고분자로서, 예를 들면, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌 아크릴산, 폴리에틸렌 아크릴산 나트륨, 폴리에틸렌 메타크릴산, 폴리에틸렌 메타크릴산 나트륨, 폴리아크릴 아미드, 폴리메타크릴 아미드, 폴리에틸렌 초산비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 유산(乳酸), 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리비닐리덴 다이플로라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌 메타크릴산 메틸, 폴리에틸렌 글리콜산, 폴리카프로락톤, 셀룰로오스, 셀룰로오스 유도체, 키틴, 키토산, 콜라겐, 젤라틴 및 이들의 공중합체 등을 들 수 있다. 이들 섬유 형성성 고분자는 1종류로 사용하여도 좋으며, 2종류 이상을 혼합하여 사용해도 좋다. 혼합하여 사용할 경우의 혼합율은 특별히 한정되는 것이 아니며, 구하는 예사성이나 분산성, 얻어진 섬유의 물성 등에 비추어 보아 적당히 설정할 수 있다.

본 발명에 있어서, 하이드록시아파타이트의 배위성이 높은 관능기를 갖는 섬유 형성성 고분자를 이용하면, 예사성의 향상에 추가적으로 하이드록시아파타이트를 보다 고도로 분산되도록 할 수 있기 위해서 바람직하다. 이러한 하이드록시아파타이트 배위성 관능기로서는, 예를 들면, 아미노기, 알콕시시릴기, 에테르기, 수산기, 카르보닐기, 카복실기, 인산기, 술포닐기 등을 들 수 있고, 이러한 섬유 형성성 고분자로서, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌 아크릴산, 폴리아크릴 아미드, 폴리에틸렌 초산비닐, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 유산, 폴리에틸렌 글리콜산, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌 메타크릴산 메틸, 폴리우레탄, 폴리아미드, 셀룰로오스, 셀룰로오스 유도체, 콜라겐, 젤라틴 등이 바람직하며 균일하게 이용할 수 있다.

하이드록시아파타이트와 섬유 형성성 고분자와의 혼합물에 있어서의 중량비(인산칼슘/섬유 형성성 고분자＝하이드록시아파타이트/섬유 형성성 고분자)는 0.3 이상이 바람직하고, 0.5 이상이 보다 바람직하며, 1.0 이상인 것이 더욱 바람직하다. 하이드록시아파타이트/섬유 형성성 고분자(중량비)가 0.3 이상이면, 소성 후의 섬유의 수축이 작고, 하이드록시아파타이트가 섬유 형상을 유지하기 쉬우며, 균일한 구멍을 형성하는 것이 용이하게 되도록 바람직하다. 1.0 이상이면, 특별히 소성 시의 섬유 수축이 억제되어 원하는 형상으로 가공이 용이해지기 위해서 보다 바람직하다.

계면활성제

분산액 중의 하이드록시아파타이트의 분산성을 촉진시킬 목적으로 계면활성제를 분산액에 더 함유시켜도 좋다. 상기 계면활성제는 하이드록시아파타이트의 효과를 저해하지 않는 범위 내에서 이용될 수 있으며, 예를 들면, 도데실 황산나트륨이나 브로민화(臭化) 테트라부틸암모늄, 염화 테트라부틸암모늄 등의 일반적인 이온성 계면활성제, 폴리옥시에틸렌솔비탄모노러레이트 등의 일반적인 비이온성 계면활성제 등을 들 수 있다. 계면활성제에는 금속 이온을 포함하지 않는 것이 고순도의 하이드록시아파타이트 다공체를 얻을 수 있는 점에서 바람직하고, 이러한 관점에서는 브로민화 테트라부틸암모늄이나 염화 테트라부틸암모늄, 폴리옥시에틸렌솔비탄모노러레이트 등을 예시할 수 있다. 또한, 계면활성제는 분산 매체 내에 균일하게 용해되는 것이 바람직하다.

계면활성제의 농도는 사용하는 분산 매체나 섬유 형성성 고분자의 종류 등에 의해 적당히 설정되며, 특별히 한정되지는 않지만, 하이드록시아파타이트에 대하여 30중량% 이하의 범위인 것이 바람직하고, 10중량% 이하의 범위인 것이 보다 바람직하다. 계면활성제의 농도가 30중량% 이하일 경우, 사용에 알맞은 효과의 향상을 얻을 수 있거나, 하이드록시아파타이트 다공체의 조성으로의 영향이 작아지기 위해서 바람직하다.

본 발명의 효과를 현저하게 손상시키지 않는 범위라면 상술한 것들 이외의 성분들도 분산액의 성분으로서 포함되어도 좋다.

분산액의 조제법

하이드록시아파타이트의 분산액을 조제하는 방법은 특별히 한정되지는 않는다. 상기 조제 방법으로서 교반이나 초음파 처리 등의 방법을 들 수 있다. 또한, 비즈 밀 등의 분산기를 이용함으로써 균일성이 높은 분산액을 얻는 것이 가능하다. 한편, 혼합의 순서도 특별히 한정되는 것은 아니며, 동시에 혼합하거나, 순차적으로 혼합하여도 좋다. 섬유 형상의 하이드록시아파타이트를 얻기 위해서는 분산액의 점도를 10∼10,000cP의 범위로 조정하는 것이 바람직하고, 100∼8,000cP의 범위인 것이 보다 바람직하다. 점도가 10cP 이상일 경우, 섬유를 형성하기 위한 예사성을 얻을 수 있고, 10,000cP 이하일 경우, 분산액을 토출하는 것이 용이하다. 점도가 100∼8,000cP의 범위라면, 넓은 방사 조건 범위에서 양호한 예사성을 얻을 수 있으므로 보다 바람직하다. 분산액의 점도는 하이드록시아파타이트의 농도 혹은 섬유 형성성 고분자의 분자량, 농도 등을 적당히 변경함으로써 조정할 수 있다.

정전방사법

정전방사법이란 방사액을 토출하는 동시에 전계를 작용시켜 토출된 방사액을 섬유화하고, 콜렉터 상에 섬유를 얻는 방법이다. 예를 들면, 방사액을 노즐로부터 밀어내는 동시에 전계를 작용시켜 방사하는 방법, 방사액을 기포가 일게 하는 동시에 전계를 작용시켜 방사하는 방법, 원통 형상 전극의 표면에 방사액을 토출함과 동시에 전계를 작용시켜 방사하는 방법 등을 들 수 있다. 이와 같은 방법에 의하면, 지름 10㎚∼10㎛의 균일한 섬유를 얻을 수 있다.

방사액으로서는 예사성을 갖는 것이라면 특별히 한정되지는 않지만, 섬유 형성 재료를 분산 매체에 분산되게 한 것, 섬유 형성 재료를 용매에 용해시킨 것, 또는 섬유 형성 재료를 열이나 레이저 조사에 의해 용융시킨 것 등을 이용할 수 있다. 본 발명의 제조에 이용되는 하이드록시아파타이트는 분산 매체에 분산되어 정전방사되는 것이 바람직하다. 방사액의 온도는 상온에서 방사할 수도 있고, 가열ㆍ냉각하여 방사하여도 좋다. 방사액을 토출하는 방법으로서는, 예를 들면, 펌프를 이용하여 시린지에 충진된 방사액을 노즐로부터 토출하는 방법 등을 들 수 있다. 노즐의 내경은, 특별히 한정되지는 않지만, 0.1∼1.5㎜ 정도의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 토출량은, 특별히 한정되지는 않지만, 0.1∼10㎖/hr 정도인 것이 바람직하다.

전계를 작용시키는 방법으로서는, 노즐과 콜렉터에 전계를 형성이 가능하다면, 특별히 한정되지는 않으며, 예를 들면, 노즐에 고전압을 인가시켜 콜렉터를 접지하여도 좋다. 인가되는 전압은 섬유가 형성되면 특별히 한정되지는 않지만, 5∼50㎸ 정도의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 노즐과 콜렉터와의 거리는 섬유가 형성되면 특별히 한정되지는 않지만, 5∼30㎝의 범위인 것이 바람직하다. 상기 콜렉터는 방사된 섬유를 포집하는 것이 좋으며, 그 소재나 형상 등은 특별히 한정되는 것은 아니다. 상기 콜렉터의 소재로서는 금속 등의 전기 전도성 재료가 바람직하게 이용될 수 있다. 상기 콜렉터의 형상으로서는, 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들면, 평판 형상, 샤프트 형상, 컨베이어 형상 등을 들 수 있다. 콜렉터가 평판 형상이면, 시트 형상으로 섬유 집합체를 포집할 수 있고, 샤프트 형상이면, 튜브 형상으로 섬유 집합체를 포집할 수 있다. 또한, 컨베이어 형상이라면, 시트 형상으로 포집된 섬유 집합체를 연속적으로 제조할 수 있다.

상기 노즐과 콜렉터간에 설치된 포집체에 섬유 집합체를 포집하여도 좋다. 상기 포집체로서는, 부피 고유 저항값이 10¹⁰Ω·㎝ 이하인 것이 바람직하고, 10⁸Ω·㎝ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 부피 고유 저항값이 10¹⁰Ω·㎝을 넘는 소재인 것도 이오나이저 등의 전하를 소실시키는 장치와 병용함으로써, 바람직하게 이용할 수 있다. 또한, 임의의 형상의 포집체를 이용하면, 이러한 포집체의 형상에 맞춰 섬유 집합체를 포집할 수 있다. 더욱이, 상기 포집체로서 물이나 알코올 등의 액체를 이용하는 것도 가능하다.

소성 방법

정전방사된 섬유 집합체는 소성된다. 섬유 집합체를 소성함으로써, 섬유 집합체 중의 하이드록시아파타이트간의 결합을 강고히 하고, 결정성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 섬유 형성성 고분자나 계면활성제 등을 포함할 경우, 이들을 가열 분해할 수 있으며, 고순도의 하이드록시아파타이트 다공체로 만들 수 있다. 소성 방법은 특별히 한정되지는 않지만, 공기 분위기 중에서 수행될 수 있다. 공기 중에서 소성하는 것으로 의해, 섬유 형성성 고분자나 계면활성제 등의 하이드록시아파타이트 이외의 성분의 잔존물을 적게 할 수 있다.

소성 온도는 500℃ 이상인 것이 바람직하고, 600∼1500℃의 범위가 보다 바람직하며, 800∼1300℃의 범위인 것이 더욱 바람직하고, 1000∼1300℃가 특히 바람직하다. 소성 온도가 500℃ 이상이면, 소성이 충분하고, 하이드록시아파타이트끼리의 결합이 강해지는 동시에 하이드록시아파타이트 이외의 성분이 잔존하기 어려워진다. 또한, 1300℃ 이상이면, 하이드록시아파타이트가 인산삼칼슘 등에 분해되지만, 이러한 조성의 다공체도, 예를 들면, 생체 흡수성이 높은 임플란트 재료로 하여 이용될 수 있다. 생성된 하이드록시아파타이트 다공체에 함유되어 있어도 좋은 인산삼칼슘으로서는, 예를 들면, α-인산삼칼슘이나 β-인산삼칼슘을 들 수 있다. 예를 들면, 1500℃에서 5시간 소성할 경우에서, 다공체 내에 β-인산삼칼슘을 30중량% 정도 함유하는 하이드록시아파타이트 다공체를 얻을 수 있으며, 소성 온도나 소성 시간을 변경함으로써 β-인산삼칼슘의 함유율을 임의로 변경할 수 있다. 소성 온도가 800∼1300℃의 범위이면, 결정성이 높고, 또한 고순도의 하이드록시아파타이트를 제조할 수 있다. 소성 온도가 500∼600℃와 비교하여 낮을 경우, 얻어진 하이드록시아파타이트 다공체의 결정성은 낮아지지만, 이러한 섬유도, 예를 들면, 골 충진재, 조기 용해성 세포 담체 등의 용도에는 바람직하게 사용될 수 있는 경우가 있다.

소성 시간은, 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들면 1∼24시간 소성하여도 좋다. 승온 속도는, 특별히 한정되지는 않지만, 5∼50℃/min의 범위로 적당히 변경하여 소성할 수 있다. 한편, 여기에 말하는 "소성 시간"이란, 미리 설정한 소성 온도로 보유되는 시간을 칭하며, 그 소성 온도에 도달할 때까지의 승온 시간을 포함하지 않는다. 또한, 본 발명에서는 미리 설정한 소성 온도를 다단계로 변경하는 것과 같은 소성법을 이용하는 점도 배제하지 않지만, 이 경우에는 소성 온도의 변경에 요구되는 시간을 포함시켜 "소성 시간"이라고 한다.

소성 과정에 있어서의 하이드록시아파타이트 다공체의 수축이나 변형을 억제할 목적으로 소성 전에 예비 소성을 해 두는 것이 바람직하다. 예비 소성 시의 승온 속도는, 하이드록시아파타이트 이외의 성분이 완만하게 소실되는 속도라면 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들면, 0.1∼5℃/min이 바람직하고, 0.5∼3℃/min이 보다 바람직하다. 예비 소성 온도로서는 하이드록시아파타이트 이외의 성분이 잔존하지 않게 되는 온도라면 좋으며, 예를 들면, 300∼700℃의 범위인 것이 바람직하고, 400∼650℃의 범위인 것이 보다 바람직하다. 예비 소성 시간으로서, 하이드록시아파타이트 이외의 성분이 충분히 소실되는 시간이라면 특별히 한정되지는 않지만, 0∼24시간을 예시할 수 있다. 이 경우의 예비 소성 시간이 0시간이란 예비 소성의 승온 과정에서 소성의 승온 과정으로 직접 이행하는 것을 의미한다. 또한, 소성 전에 수행하는 예비 소성과 소성과의 구체적인 조합으로 말하면, 예비 소성 온도는 그 후에 수행하는 소성 온도보다도 50℃ 이상 저온인 것이 바람직하고, 100℃ 이상 저온인 것이 보다 바람직하다. 또한, 소성 전에 수행하는 예비 소성 공정과 소성 공정은 연속하여 수행해도 좋으며, 불연속, 다시 말하면 양 공정 사이에 시간을 두어도 좋지만, 바람직한 것은 연속하여 다단계로 수행하는 방법이다. 한편, 여기서 말하는 "예비 소성 시간"의 정의는 상기 "소성 시간"의 정의와 실질적으로 같다.

정전방사하여 얻어진 섬유 집합체를 임의의 형상으로 형성하여 소성을 수행함으로써, 여러 가지 형상의 하이드록시아파타이트 다공체를 얻을 수 있다. 예를 들면, 섬유 집합체를 2차원의 시트 형상으로 형성하여 소성함으로써, 시트 형상의 하이드록시아파타이트 다공체를 얻을 수 있고, 섬유 집합체를 샤프트에 둘러 감아서 포집함으로써, 튜브 형상의 하이드록시아파타이트 다공체를 얻을 수 있다. 또한, 액체 중에 섬유 집합체를 포집하여 동결 건조하는 형상으로 형성하여 소성함으로써, 면 형상의 하이드록시아파타이트 다공체를 얻는 것도 가능하다. 하이드록시아파타이트 다공체의 강도는, 특별히 한정되지는 않으며, 전술한 바와 같이, 본 발명의 제조로 이용하는 하이드록시아파타이트의 결정성, 형상, 크기, 하이드록시아파타이트/섬유 형성성 고분자의 중량비, 소성 조건 및 상술한 형성 방법 등에 의해 적당히 조정할 수 있다.

소성해서 얻어진 하이드록시아파타이트 다공체에 있어서, 하이드록시아파타이트 이외의 성분의 함유율은 특별히 한정되지는 않지만, 하이드록시아파타이트의 특성을 충분히 끌어내는 관점에서는 일반적으로 적은 것이 바람직하며, 50중량% 이하인 것이 바람직하다. 한편, 하이드록시아파타이트가 갖는 기능 이외의 특성을 부가하는 관점에서 별도의 기능 재료와 복합되는 것도 가능하다. 이 경우, 기능 재료로는, 예를 들면, β-TCP(β-인산삼칼슘)를 들 수 있으며, 그 함유율로는 10∼90중량%의 범위인 것이 바람직하다. 함유율의 측정 방법으로는, 예를 들면, β-인산삼칼슘과 하이드록시아파타이트와의 비율이 알려진 실험 자료를 조제하고, 각각에 대해서 X선 회절 측정 등에 의해 먼저 검량선 함수를 구해 놓는다. 그리고, 이러한 검량선 함수에 근거하여 하이드록시아파타이트 다공체의 X선 회절 측정으로부터 하이드록시아파타이트 중의 β-인산삼칼슘의 함유율을 구할 수 있다.

인산칼슘 다공체

본 발명의 방법을 이용하면 인산칼슘 다공체를 용이하게 제조할 수 있다. 특히 하이드록시아파타이트 다공체, 또는 인산삼칼슘 다공체의 제조에 바람직하다. 이하에서는, 하이드록시아파타이트 다공체의 예에 대해서 설명하지만, 인산삼칼슘 다공체도 이와 같이 설명할 수 있다. 또한, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

소성하여 얻어진 하이드록시아파타이트 다공체를 구성하는 하이드록시아파타이트 섬유의 섬유 지름은 특별히 한정되지는 않으며, 요구되는 하이드록시아파타이트 다공체의 특성이나 용도에 맞춰 적당히 선택될 수 있다. 예를 들면, 섬유 지름을 제어하는 것에 의해 공경이나 역학 특성을 제어할 수 있다. 섬유 지름의 제어 방법으로서는, 특별히 제한되지는 않지만, 분산 매체의 종류, 하이드록시아파타이트의 분산 매체 내의 농도, 분산액의 점도, 정전방사 조건 등을 들 수 있으며, 이들을 적당히 변경함으로써, 섬유 지름을 제어할 수 있다. 또한, 소성하여 얻어진 하이드록시아파타이트 다공체를 구성하는 하이드록시아파타이트 섬유의 섬유 형상은, 특별히 한정되지는 않지만, 우수한 역학 강도를 얻는 관점에서는 연속 섬유인 것이 바람직하다.

본 발명의 인산칼슘 다공체에 있어서, 연통되는 동시에 균일한 미세 구멍들을 가진다는 것은 인산칼슘을 정전방사에 의해 섬유 형상으로 형성시켜 섬유 집합체로 만들고, 동시에 소성함으로써 얻어진 인산칼슘 다공체의 섬유에 의해 형성되는 구멍이 다공체가 어떤 면간, 예를 들면, 상하면, 좌우면 등에서도 구멍들이 연통되어 있고, 동시에 형성되는 구멍의 크기가 500㎛ 이하이고, 또한 200㎛ 이하이며, 특히 50㎛ 이하이고, 크기의 CV값이 50% 이하인 것을 말한다. 본 발명에 있어서, 다공체의 공극률이 30% 이상인 경우, 구멍들이 연통되어 있는 것으로 말할 수 있다.

소성하여 얻어진 하이드록시아파타이트 다공체의 공극률은 특별히 한정되는 것은 아니며, 요구되는 역학 특성이나 용도에 맞춰 적당하게 선택 가능하다. 공극률이 높아지면 역학 강도가 저하되는 경향이 있지만, 예를 들면, 인공 골이나 골 보충재, 크로마토그래피의 충진재 등으로서 이용할 경우에는, 비교적 높은 공극률인 것이 바람직하고, 이러한 관점에서 공극률은 30∼95%의 범위인 것이 바람직하며, 50∼95%의 범위인 것이 보다 바람직하고, 80∼95%의 범위인 것이 더욱 바람직하다.

소성하여 얻어진 하이드록시아파타이트 다공체를 구성하는 하이드록시아파타이트 섬유는 랜덤하게 배치되어 있어도 좋으며, 1차원, 혹은 2차원으로 배열되어도 좋다. 랜덤하게 배치되어 있을 경우에는, 역학 강도 등의 특성이 등방적으로 발현되며, 1차원 혹은 2차원으로 배열되어 있을 경우에는, 여러 가지 특성들이 이방적으로 발현된다. 소성하여 얻어진 하이드록시아파타이트 다공체를 구성하는 하이드록시아파타이트 섬유의 표면성은 특별히 한정되지는 않으며, 평활 구조이어도, 요철 구조이어도 좋다. 평활 구조의 경우에는 하이드록시아파타이트가 고밀도로 응집 일체화하여 역학 강도가 높아지는 점에서 바람직하고, 요철 구조일 경우에는 역학강도는 낮아지지만, 비표면적이 보다 커진다는 점에서 바람직하다.

본 발명의 인산칼슘 다공체는 연통되며, 특히, 연통되는 동시에 균일한 미세 구멍들을 가지기 때문에, 여러 가지 용도로 바람직하게 이용될 수 있다. 예를 들면, 세포 배양용 샬레 등으로 사용되는 세포 배양 기재, 임플란트용의 인공 골이나 뼈 및 치아의 보충 재료 등의 생체 재료, 단백질 흡착 특성을 갖는 크로마토그래피의 충진재, 고분자 알코올의 합성용 촉매, 촉매 담체, 여재, 전자 재료, 생리활성 물질 고정 담체 및 중금속 흡착 재료가 용도를 들 수 있다.

보다 구체적으로, 세포 배양 기재로서 이용할 경우에는, 본 발명의 인산칼슘 다공체의 구성ㆍ특징 때문에, 혹은 그 구성ㆍ특징을 유지하도록 인산칼슘 다공체를 단독으로 사용하여도 좋고, 인산칼슘 다공체가 다른 소재와 복합되어 복합 재료로서 사용되어도 좋다. 복합 재료로서는, 예를 들면, 금속 플레이트 상으로 섬유 집합체를 정전방사하고, 이러한 적층체를 소성함으로써 얻어진 금속 플레이트와 인산칼슘 다공체와의 적층체를 예시할 수 있다. 상기 적층체를 이용함으로써 핸들링성의 개선 효과를 기대할 수 있다. 더욱이, 적층체는 그 다공체라는 구조적 특징으로부터 세포의 3차원 배양을 가능하게 한다. 금속 플레이트의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 내열성이나 생체에의 적합성을 고려하여, 예를 들면 티타늄 플레이트를 바람직하게 이용할 수 있다.

또한, 임플란트용의 인공 골로서 이용할 경우에는, 예를 들면, 정전방사하여 얻어진 섬유 집합체를 복수 개 중합하여 소성함으로써, 부피를 갖는 인산칼슘 다공체로 이용할 수 있으며, 조직 세포를 3차원적으로 성장, 재생시키는 등의 효과를 기대할 수 있다.

또한, 골 보충재로서 이용할 경우에는, 본 발명의 인산칼슘 다공체가 정전방사되고, 면 형상으로 포집하여 얻어진 섬유 집합체를 소성하여 수득된 것이기 때문에, 유연성을 가지고 있으며, 골 결손부의 형상에 맞춰 절삭할 필요가 없이 보충할 수 있어, 골 결손부간의 마찰이 경감되는 효과를 기대할 수 있다.

단백질 흡착 특성을 갖는 크로마토그래피의 충진재로서 이용할 경우에는, 예를 들면, 정전방사하여 얻어진 섬유 집합체를 원주 형상의 용기에 충진한 상태로 소성함으로써, 원주 형상의 인산칼슘 다공체를 제조할 수 있다. 이를 이용하여 칼럼 등의 충진 작업이 용이해지는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 정전방사하여 얻어진 시트 형상의 섬유 집합체를 소성하여 수득되는 시트 형상의 인산칼슘 다공체는 바람직하게는 멤브레인 크로마토그래피 재료로서 이용될 수 있다. 멤브레인의 두께는 소성 전의 섬유 집합체 시트의 두께를 조정하거나, 소성하여 얻어진 시트 형상의 인산칼슘 다공체를 복수 개 포갬으로써 적당히 조정될 수 있다.

또한, 소성하여 얻어진 인산칼슘 다공체를 분쇄함으로써, 다공질의 입체(粒體)를 제조할 수 있다. 이는 바람직하게는 칼럼 크로마토그래피의 충진재로서 이용될 수 있다. 인산칼슘 다공체를 분쇄하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 그라인드 등의 일반적인 방법을 이용할 수 있다. 분쇄하여 얻어진 입체의 사이즈나 형상은 특별히 한정되는 것은 아니며, 칼럼으로의 균일 충진성이나 충진 밀도, 컬럼 유속 등을 고려하여 적당히 조정할 수 있다. 입체의 사이즈(직경)는 바람직하게는 5∼500㎛의 범위이며, 보다 바람직하게는 10∼200㎛의 범위이다. 이와 같이 얻어진 원주 형상, 시트 형상 및 입상의 인산칼슘 다공체로 이루어지는 크로마토그래피 재료는 높은 유속 시에도 압축, 파괴되지 않으며, 분리, 정제의 생산성을 향상시킬 수 있으므로 바람직하다.

인산칼슘을 촉매로서 이용할 경우에는, 인산칼슘 다공체를 단독으로 사용하여도 좋고, 인산칼슘 다공체를 다른 소재와 복합시켜 사용해도 좋다. 인산칼슘 다공체를 단독으로 사용할 경우에는, 예를 들면, 에탄올로 1-부탄올, 헥사놀, 옥탄올, 데카놀 등을 합성할 때의 고분자 알코올 합성 촉매로서 이용할 수 있다. 또한, 인산칼슘 다공체를 복합 재료로서 사용할 경우에는, 소재로서, 예를 들면, 루테늄, 팔라듐, 바나듐, 은, 티타늄 등의 천이 금속을 들 수 있고, 이들을 인산칼슘 다공체 표면에 양 이온 교환 또는 흡착 등에 의해 담지시키는 것에 의하여 알코올, 아민, 실란 등의 산화 반응 촉매나 광촉매 등으로서 이용할 수 있다.

생리 활성 물질이나 생물 유래 물질, 미생물 내지 미생물 유래 물질의 고정 담체로서 이용할 경우에는, 본 발명의 인산칼슘 다공체의 구성ㆍ특징 때문에, 혹은 이의 구성ㆍ특징을 이용하여, 인산칼슘 다공체를 단독으로 사용하여도 좋으며, 인산칼슘 다공체를 다른 소재와 복합시켜 복합 재료로서 사용해도 좋다. 상기 담체에 고정되는 생리 활성 물질로서는, 예를 들면, 효소를 들 수 있고, 회수 가능한 효소 고정화 촉매에 응용하였을 경우에는 통상의 효소 고정화 촉매에서 보이는 것과 같은 효소의 구조 변화에 따르는 촉매 활성 저하를 경감시킬 수 있는 점을 기대할 수 있다.

또한, 생물 유래 물질 고정 담체로서 이용할 경우, 인산칼슘 다공체의 비특이적 흡착성을 이용하여, 임상 진단약의 면역 측정법으로 이용하는 진단 담체(고상)로서의 이용 가능하다. 종래의 면역 측정법에서 검체 중의 타겟 물질(예를 들면, 바이러스)을 고상으로 포착할 경우, 항바이러스 특이 항체를 고상측에 점착하고 바이러스를 포착하지만, 고상으로서 인산칼슘 다공체를 이용함으로써, 비특이적으로 복수의 타겟 물질을 포착하는 범용성이 높은 담체(고상)로서의 이용이 가능하다. 타겟 물질이 핵산(DNA, RNA)인 경우에도 이와 같이 포착 가능하다.

또한, 다공체 제조 시에 철, 자성 성분을 첨가하여 다공체를 제조하는 것에 의해, 반응 중의 세정에 있어서의 B/F 분리를 용이하게 하는 것도 가능하다. 이와 같이, 미생물 내지 미생물 유래 물질의 고정 담체로서 이용할 경우에는 의료용수나 배양으로 이용하는 물보다 제거가 요구되는 엔토톡신, 마이코플라즈마 등의 흡착 제거에도 유효하다.

또한, 상술한 용도들의 설명은 각 용도에 있어서의 사용 양태를 특정한 것에 한정하는 것을 의도하고 있지 않으며, 다른 양태에서의 사용을 배제하는 것은 아니다.

실시예

이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 이들에 의해 한정되는 것은 아니다. 한편, 실시예 중에 나타낸 물성값의 측정 방법 또는 정의를 다음과 같이 나타낸다.

ㆍX선 회절 측정에 의한 회절각 2θ＝46.7˚에 있어서의 피크의 반값 폭. 브루커(BRUKER)사 제조의 X선 회절 장치(D8 DISCOVER)를 사용하였고, X선 회절 측정에 의해 얻어진 회절도에 있어서, 회절각 2θ＝46.7˚에 있어서의 피크의 반값 폭을 구하였다.

ㆍ하이드록시아파타이트 다공체에 있어서의 구멍의 관찰

주사형 전자현미경(일본전자(주) 제조의 JSM-5410LV)에 의해 배율 500으로 사진을 촬영하였고, 구멍의 균일성, 연통성을 확인하였다.

ㆍ하이드록시아파타이트 다공체에 있어서의 섬유 구조의 관찰

주사형 전자현미경(일본전자(주) 제조의 JSM-5410LV)에 의해 배율 5,000으로 사진을 촬영하였고, 섬유의 표면 외관 및 섬유 내부에 있어서의 하이드록시아파타이트의 응집성을 확인하였다.

ㆍ일차 입자의 평균 입경의 측정 방법

주사형 전자현미경(일본전자(주) 제조의 JSM-6301F)에 의해 4만 배로 촬영한 이미지들 중에서, 50점 이상의 일차 입자의 지름을 계측하였고, 평균값을 산출하여 측정하였다.

실시예 1

하이드록시아파타이트의 합성

저 결정성 하이드록시아파타이트 입자를 다음에 나타낸 습식법에서 조정하였다. 한편, Ca(NO₃)₂4H₂O 및 (NH₄)₂HPO₄는 나카라이데스트사(NACALAI TESQUE, INC.) 제조의 초산칼슘사수화물 및 인산수소이암모늄을 이용하였고, 25중량% 암모니아수는 와코우쥰야쿠 공업(주)(Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 제조의 25중량% 암모니아수를 이용하였으며, 순수는 Milli-Q water를 사용하였다. 먼저, 25중량% 암모니아수로 pH를 12로 조정한 Ca(NO₃)₂수용액(42mN, 80mL)을 냉각관 및 반월 형상의 교반 날개를 연결한 1L 플라스크에 부어 넣어, 실온(30도)으로 유지했다. 이러한 플라스크에 암모니아수로 pH를 12로 조정한 (NH₄)₂HPO₄수용액(10mN, 200mL)을 실온에서 첨가하고, 10시간 반응시켰다. 그 다음에, 얻어진 반응물을 원심 분리에 의해 분리 세정함으로써, 저 결정성 하이드록시아파타이트 입자를 얻었다. 얻어진 하이드록시아파타이트는 구형의 형상으로, 일차 입자의 평균 입경은 20㎚, X선 회절 측정에 의한 회절각 2θ＝46.7˚에 있어서의 피크의 반값 폭은 0.51˚이었다.

섬유의 제조

상술한 방법에 의해 제조된 하이드록시아파타이트의 에탄올 분산액(13중량%) 64.2중량부, 폴리비닐피롤리돈(Mw: 1,300,000, 시그마 알드리치 재팬(주)(SIGMA-ALDRICH JAPAN K.K.)) 8.3중량부, 에탄올(일급; 나카라이데스트사(NACALAI TESQUE, INC.) 제조) 27.5중량부로 이루어진 분산액을 제조하였다. 얻어진 분산액은 에탄올에 대한 하이드록시아파타이트의 농도가 9.1중량%, 하이드록시아파타이트/폴리비닐피롤리돈(중량비)이 1.0이었다. 이 후에, 시린지 펌프에 의해 내경 0.22㎜의 노즐에 분산액을 1.0㎖/hr로 공급하는 동시에, 노즐에 20㎸의 전압을 인가하였고, 접지된 콜렉터에 섬유 형상의 구조물 전구체(섬유 집합체)를 포집하였다. 니들과 콜렉터의 거리는 20㎝로 하였다. 정전방사된 섬유 집합체를 공기 중에서 10℃/min의 승온 속도로 900℃까지 승온하였고, 1시간 보유한 후에 실온까지 냉각함으로써, 평균 섬유 지름 1㎛의 하이드록시아파타이트 다공체를 제조하였다. 얻어진 하이드록시아파타이트 다공체의 주사형 전자 현미경 사진을 도 1 및 도 2에 나타낸다. 도 1에 명확하게 나타나는 바와 같이, 하이드록시아파타이트 다공체는 개방되고 균일한 미세 구멍들을 가진다. 또한, 도 2로부터 얻어진 하이드록시아파타이트 다공체는 하이드록시아파타이트 미립자가 응집 일체화되고, 표면 평활성이 높은 섬유인 것을 확인할 수 있었다. 소성 전의 주사형 전자 현미경 사진을 도 6에 나타낸다.

실시예 2

하이드록시아파타이트의 제조

상술한 바에 따라 얻어진 저 결정성 하이드록시아파타이트 입자를 다음에 설명되는 방법에 의해 소성함으로써, 고 결정성 하이드록시아파타이트 나노 입자를 제조하였다. 먼저, 융착 방지 보조제로서 0.5g의 폴리에틸렌아크릴산(시그마 알드리치 재팬(주)(Sigma-Aldrich Japan K.K.) 제조, 중량 평균 분자량: 15,000g/mol)을 포함하는 pH 7.0의 수용액(이하, 수용액 A) 100㎖에 0.5g의 상기 저 결정성 하이드록시아파타이트 나노 입자가 분산되도록 함으로써, 같은 입자 표면에 폴리에틸렌 아크릴산을 흡착시켰다. 그 다음, 앞서 조제한 분산액에 융착 방지제로서 수산 칼슘[Ca(OH)₂] 포화 수용액 500㎖를 첨가함으로써, 같은 입자 표면에 폴리에틸렌아크릴산칼슘을 석출시켰다. 결과로서 발생된 침전물을 회수하고, 감압 하의 80℃에서 건조시킴으로써, 혼합 입자를 회수하였다. 상기 혼합 입자를 도가니에 넣고, 소성 온도 800℃에서 한 시간 소성을 수행하였다. 이 때, 폴리에틸렌 아크릴산 칼슘은 열분해되어 산화칼슘[CaO]이 되었다. 이 후에, 앞서 조제한 수용액 A 500㎖에 얻어진 소성체를 현탁하였고, 원심 분리에 의해 분리 세정하였으며, 증류수에 더 현탁하였고, 전술한 바와 같이 원심 분리에 의해 분리 세정함으로써, 융착 방지제 및 융착 방지 보조제를 제거하고, 고 결정성 하이드록시아파타이트 나노 입자를 회수하였다. 얻어진 하이드록시아파타이트는 구형의 형상으로서, 일차 입자의 평균 입경은 40㎚, X선 회절 측정에 의한 회절각 2θ＝46.7˚에 있어서의 피크의 반값 폭은 0.29˚이었다.

섬유의 제조

상기 방법으로 의해 제작한 하이드록시아파타이트를 이용하여, 실시예 1과 같이, 평균 섬유 지름 1.2㎛의 하이드록시아파타이트 다공체를 제조하였다. 얻어진 하이드록시아파타이트 다공체의 주사형 전자 현미경 사진을 도 3 및 도 4에 나타낸다. 도 3에 명확하게 나타낸 바와 같이, 하이드록시아파타이트 다공체는 연통되는 동시에 균일한 미세 공들을 가졌다. 또한, 도 4로부터, 실시예 1의 섬유와 비교하여 섬유를 구성하고 있는 하이드록시아파타이트의 결정성이 높고, 입자가 크기 때문에, 하이드록시아파타이트 입자끼리의 응집 일체화가 충분하지 않았으며, 섬유 표면에는 각각의 미립자에 유래한 미세한 요철이 관찰되었다. 이러한 형상으로 보아, 실시예 1과 비교하여 섬유 비표면적은 높아지지만, 강도가 낮게 무른 것이 추측되었다.

실시예 3

실시예 1의 하이드록시아파타이트 에탄올 분산액(13중량%) 6.9중량부, 폴리비닐피롤리돈(Mw: 1,300,000 시그마 알드리치 재팬(주)(SIGMA-ALDRICH JAPAN K.K.)) 9.0중량부, 에탄올(일급; 나카라이데스트사(NACALAI TESQUE, INC.)) 84.1중량부로 이루어지는 분산액을 제조하였다. 얻어진 분산액은 에탄올에 대한 하이드록시아파타이트의 농도가 1.0중량%, 하이드록시아파타이트/폴리비닐피롤리돈(중량비)이 0.1이었다. 다음에, 실시예 1과 같이, 하이드록시아파타이트 다공체를 제조하였다. 얻어진 하이드록시아파타이트 다공체의 주사형 전자 현미경 사진을 도 5에 나타낸다. 도 5에 나타낸 바와 같이 구멍들은 연통되어 있는 것이 확인되었다. 다만, 섬유가 수축되었고, 절단되어 있는 부분, 다시 말해 구멍의 크기가 50㎛를 넘는 부분도 관찰되었으며, 구멍의 균일성은 결여되었다.

실시예 4

실시예 1의 하이드록시아파타이트 에탄올 분산액(13중량%) 45.6중량부, 폴리비닐피롤리돈(Mw: 1,300,000 나카라이데스트사(NACALAI TESQUE, INC.)) 8.5중량부, 에탄올(일급; 나카라이데스트사) 45.9중량부로 이루어진 분산액을 제조하였다. 얻어진 분산액은 에탄올에 대한 하이드록시아파타이트의 농도가 6.5중량%, 하이드록시아파타이트/폴리비닐피롤리돈(중량비)이 0.7이었다. 다음에, 실시예 1과 같이 하이드록시아파타이트 다공체를 제조하였다. 얻어진 하이드록시아파타이트의 주사형 전자 현미경 사진을 도 7 및 도 8에 나타낸다. 도 7에 명확하게 나타내는 바와 같이, 하이드록시아파타이트 다공체는 개방되고 균일한 미세 공들을 가졌다. 또한, 도 8로부터, 얻어진 하이드록시아파타이트 다공체는 하이드록시아파타이트 미립자가 응집 일체화되었고, 표면 평활성이 높은 섬유인 것을 확인할 수 있었다. 다만, 충분히 사용할 수 있는 레벨이지만, 실시예 1과 비교하여, 소성 전후에서의 다공체의 수축이 컸다.

실시예 5

소성 온도를 600℃로 한 점 이외에는, 실시예 4와 같이 하이드록시아파타이트 다공체를 제조하였다. 실시예 4에서 얻어진 하이드록시아파타이트 다공체 및 실시예 5에서 얻어진 하이드록시아파타이트 다공체의 X선 회절 측정에 의해 얻어진 회절도를 도 9에 나타낸다. 도 9로부터, 실시예 5에서 얻어진 하이드록시아파타이트 다공체는 실시예 4에서 얻어진 것과 비교하여, 다소 결정성이 낮은 것이 확인되었다.

실시예 6

소성 온도를 1150℃로 한 점 이외에는, 실시예 4와 같이 하이드록시아파타이트 다공체를 제조하였다. 얻어진 하이드록시아파타이트의 주사형 전자 현미경 사진을 도 10에 나타낸다. 도 10으로부터, 실시예 4와 비교하여 하이드록시아파타이트 미립자끼리 강하게 응집 일체화되는 것이 확인되었다.

실시예 7

소성을 1500℃에서 5시간 보유한 점 이외에는, 실시예 4와 같이 하이드록시아파타이트 다공체를 제조하였다. 얻어진 하이드록시아파타이트 다공체의 X선 회절 측정에 의해 얻어진 회절도를 도 11에 나타낸다. 도 11로부터, 얻어진 하이드록시아파타이트 다공체에는 β-인산삼칼슘이 함유되어 있는 것이 확인되었다. 일본 특허 공보 제4265946호의 단락 번호 [0090]∼[0094]에 기재된 검량선에 기초하여 β-인산삼칼슘(β-TCP)과 하이드록시아파타이트(HAp)의 혼합물 중에 있어서의 β-인산삼칼슘의 함유율(β-TCP/(β-TCP＋HAp)×100(%))을 구한 결과, 함유율은 28.6%이었다.

상기 특허 공보에 의한 검량선 함수의 기재

시판의 β-인산삼칼슘(플루카 케미컬즈(주)(FLUKA CHEMICALS, LTD.) 제조의 No. 21218) 및 하이드록시아파타이트(팬탁스(주)(PENTAX, LTD.) 제조의 아파세람: 등록 상표)를 이용하고, X선 해석법(XRD)에 의해, 판 형상의 인산칼슘 중에 포함되는 β-인산삼칼슘의 함유율을 도출하기 위한 검량선 함수를 다음과 같이 구하였다. 상기 시판의 β-인산삼칼슘(β-TCP)과 하이드록시아파타이트(HAp)를 하기 식 (1)로 나타내어지는 시약 혼합물 중의 β-인산삼칼슘의 존재비(x)가 소정의 값이 되도록, 시약 혼합물을 조제하였다.

x(%)＝β-TCP/(β-TCP＋HAp)×100 … (1)

상기 시약 혼합물에 관한 X선 해석의 결과로부터, 시약 혼합물 중의 β-인산삼칼슘의 강도비(y)를 산출한 결과는 하기 표 1과 같다. 한편, 상기 강도비(y)는 X선 해석의 결과로 얻어진 하이드록시아파타이트의 (211) (2θ＝31.92˚)의 강도를 β-인산삼칼슘의 (0210) (2θ＝31.16˚) 강도로 나눈 값을 나타내고 있다.

[표 1]

상기 표 1에 나타낸 β-인산삼칼슘의 존재비(x)와 β-인산삼칼슘의 강도비(y)에 근거하여 하기 식 (2)의 검량선 함수를 구하였다.

log10y＝-0.02093x＋0.7736 … (2)

(0≤x≤100)

이하의 가상 실시예(실시예 8)에서는, 인산삼칼슘을 이용할 경우의 섬유 제조를 기재함으로써, 본 발명이 바람직한 예의 하나를 설명한다. 실시예 8은 상술한 실시예 1∼7과 서로 관련되는 방법으로부터 용이한 것으로 규정할 수 있다.

실시예 8(가상 실시예)

인산삼칼슘의 합성

인산삼칼슘을 하기에 나타낸 슬러리법에 의해 조정한다.

인산염 및 칼슘염으로서의 비스(인산이수소)칼슘 5.04g, 탄산칼슘 2.0g 및 테트라칼슘 포스페이트 모노옥사이드 7.36g을 막자사발(유발)을 이용하여 충분히 세쇄ㆍ혼합하여, 혼합물(1)로 제조한다(혼합 공정). 상술한 비율로 조정된 혼합물(1)은 인 원자에 대한 칼슘 원자의 몰비인 Ca/P가 1.5가 된다. 상기 혼합물(1)에 반응 촉진제인 인산이수소 나트륨 수용액(0.15M) 15㎖를 첨가하고, 신속히 휘저으며, 혼합물(2)로 제조한(혼합 공정) 후, 형성 용기에 충진한다. 상기 혼합물(2)를 1시간 건조 처리하고, 막자사발에 분쇄하며, β-인산삼칼슘 전구체를 얻는다. 얻어진 β-인산삼칼슘 전구체를 소성 온도 800℃에서 1시간 소성하는 것에 의해 인산삼칼슘 입자를 얻는다.

섬유의 제조

상기 방법에 의해 제작한 인산삼칼슘의 에탄올 분산액(13중량%) 64.2중량부, 폴리비닐피롤리돈(Mw: 1,300,000 시그마 알드리치 재팬(주)(SIGMA-ALDRICH JAPAN K.K.)) 8.3중량부, 에탄올(일급; 나카라이데스트(주)(NACALAI TESQUE, INC.)제) 27.5중량부로 이루어지는 분산액을 제조한다. 얻어진 분산액은 에탄올에 대한 인산삼칼슘의 농도가 9.1중량%, 인산삼칼슘/폴리비닐피롤리돈(중량비)이 1.0이다. 그 다음에, 시린지 펌프에 의해 내경 0.22㎜의 노즐에 분산액을 1.0㎖/hr로 공급하는 동시에 노즐에 20㎸의 전압을 인가하고, 접지된 콜렉터에 섬유 형상 구조물 전구체(섬유 집합체)를 포집한다. 니들과 콜렉터의 거리는 20㎝로 한다. 정전방사된 섬유 집합체를 공기 중에서 10℃/min의 승온 속도로 900℃까지 승온하고, 1시간 보유한 후, 실온까지 냉각함으로써, 극세 섬유에 의한 인산삼칼슘 다공체를 얻을 수 있다.

본 발명의 인산칼슘 다공체는 연통되고, 특히, 연통되는 동시에 균일한 미세 공들을 가지기 때문에, 여러 가지 용도로 바람직하게 이용될 수 있다. 예를 들면, 세포 배양용 샬레 등으로 사용되는 세포 배양 기재, 임플란트용의 인공 골이나 골 보충재 등의 생체 재료, 단백질 흡착 특성을 갖는 크로마토그래피의 충진재, 고분자 알코올의 합성용 촉매, 촉매 담체, 여재(濾材), 전자 재료, 생리 활성 물질 고정 담체 및 중금속 흡착 재료 등이 용도로 들 수 있다.

Claims

X선 회절 측정에 의한 회절각 2θ＝46.7˚에 있어서의 피크의 반값 폭이 0.5˚이상인 하이드록시아파타이트로 이루어지는 인산칼슘을 정전방사(靜電紡絲)하는 것을 특징으로 하는 인산칼슘 다공체의 제조 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 인산칼슘 다공체가 하이드록시아파타이트 다공체인 것을 특징으로 하는 인산칼슘 다공체의 제조 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
인산칼슘을 분산 매체에 분산시킨 분산액으로서, 상기 분산액을 정전방사한 후에, 방사된 섬유를 소성하는 것을 특징으로 하는 인산칼슘 다공체의 제조 방법.
제 5 항에 있어서,
분산액에 섬유 형성성 고분자를 더 분산시키는 것을 특징으로 하는 인산칼슘 다공체의 제조 방법.
제 5 항에 있어서,
소성을 500℃ 이상의 온도 범위에서 수행하는 것을 특징으로 하는 인산칼슘 다공체의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,
인산칼슘/섬유 형성성 고분자의 중량비가 0.3 이상인 것을 특징으로 하는 인산칼슘 다공체의 제조 방법.
제 1 항에 기재된 제조 방법으로 얻어지는 인산칼슘 다공체.