KR102539932B1 - 생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물의 제조방법은 생선 뼈를 분쇄하여 분쇄물을 제조하는 분쇄단계; 상기 분쇄물에 염화마그네슘, 유기산 및 인산 화합물을 혼합하여 수용액을 제조하는 반응단계; 상기 수용액에 90 내지 150 ℃로 열처리하는 열처리단계; 및 상기 열처리 단계 이후에 상기 수용액의 침전물을 분리 및 정제하는 분리단계;를 포함하는 것일 수 있다.

Description

생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물 및 이의 제조방법{COMPOSITION FOR REPAIRING TEETH OR BONES DERIVED FROM FISH BONES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 생선의 부산물로서 가시 및 뼈를 사용하여 결정성 및 강성 등 물성이 향상된 바이오세라믹스를 통하여 생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물을 제공하기 위한 것이다. 또한 본 발명은 상기 바이오세라믹스가 적용된 치아 또는 뼈 수복용 조성물의 제조방법을 제공한다.
생체재료는 보건의료 분야 중 치료, 재활 및 예방의 수단으로 생체에 적용되기 때문에 인간 수명연장 및 사고, 질병의 증가 등에 따라 그 중요성이 점차 증가하고 있는 추세이다.
생체재료는 손상된 인체의 일부 장기 또는 신체 일부분을 대처할 수 있는 재료인데, 이를 의학 또는 치과 분야에 적용하기 위해서는 생체에 적합해야만 한다.
생체적합성(biocompatibility)이란 재료나 장치가 기능을 하는 동안 생리학적으로 부작용이나 독성이 없도록 유지시키는 기능을 말한다. 현재까지 개발된 재료 중 생체적합성이 가장 좋은 것은 인산칼슘계 재료이다.
1920년 Albee가 인산칼슐 화합물을 사용하여 골 결손부를 치료하는 최초의 임상시험 결과를 보고한 이후에 인산칼슘계 재료를 치,의학 분야에 응용하고자 하는 연구가 활발히 진행되어 왔다. Levitt 및 Monroe 등은 인공 뼈 또는 인공 치아 임플란트로서 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite, HAp) 와 플루오르아파타이트(Fluorapatite, FA)를 제안하였으며, 골 결손부 치료, 강화, 대체재로서 인산칼슘계 재료를 상용화 하는 시도를 하였다.
인산칼슘(CaIcium phosphate)계 소재의 경우 이미 오래 전부터 인간의 뼈나 치아 등 경조직 대 체용 생체소재로 널리 연구되어 왔다. 이는 인체 뼈의 69%를 구성하는 칼슘인 화합물이 인산칼슘으로 구성되어 있어 자연 뼈와 가장 가까운 성질을 가지고 있기 때문이다.
한편, 일반적으로 외상, 기형 혹은 생리학적 현상 등에 의해 뼈조직이 손상된 경우, 그 부위에 골 이식재를 채우고, 차폐막을 덮어셔 연조직의 개입을 막고 신생골을 생성시키는 골유도재생술(guided bon regeneration, GBR)을 시술한다. 이러한 골 결손부의 회복을 위한 가장 보편적인 골유도재생술 방법은 다른 부위의 자신의 골을 일부 채취하여 이식하는 자가 이식방법(autograft), 다른 사람의 뼈를 화학 처리하여 이식하는 동종 이식방법(allograft), 동물의 뼈를 화학 처리하여 이식하는 이종 이식방법(xenograft) 등이 있다.
일반적으로 자신의 골을 일부 채취하여 이식하는 자가 이식방법에 사용되는 자가골 이식재의 경우에는 자가해면골(Autogenous Cancellous Bone, ACB)을 이식하기 때문에 면역거부반응도 거의 없으며, 뼈 흡수가 거의 없어
골전도 및 골유도 능력이 좋다는 장점이 있고, 동종 이식방법 및 이종 이식방법에 사용되는 동종골 이식재와 이종골 이식재의 경우에는, 이식자 본인이 아닌 다른 사람의 뼈를 이용하는 동종이식(allograft)이나 다른 동물의 뼈를 이용하는 이종이식(xenograft)을 하기 때문에 자가골 이식재의 단점인 이식자(graftee) 본인의 뼈 손실 부위 이외의 부위에 이차적인 수술을 하지 않아도 된다는 장점이 있다.
나아가, 생체재료로서 인산칼슘 소재는 자가골 이식(autograft) 또는 동종골 이식(homograft) 방법이 갖는 공급량의 부족과 감염성 질환의 전염 및 면역 반응 등의 문제점을 극복할 수 있기 때문에 이에 대한 세계적인 수요는 급증하고 있는 추세이다.
합성골은, 실제 뼈가 아니라 인공적으로 합성해서 만든 뼈이기 때문에 다른 뼈이식재에 비해서 가장 질이 떨어지고 골형성에 필요한 기간이 길지만 저렴하다는 장점이 있으며, non-porous hydroxyapatite(HAp), hydroxyapatite cement, porous hydroxyapatite, beta tricalcium phosphate, polymethlymethacrylate(PMMA)와 hydroxyet-hylmethacrylate(HEMA) polymer, 그리고 bioactive glass 등이 임상에서 사용되고 있다. HA 그리고 PMMA와 HEMA polymer는 비흡수성이며, tricalcium phosphate와 bioactive는 흡수성인데, 이러한 합성골의 종류는 제3 인산칼슘, 경조직 개체 중합체 및 생활성 유리질 세라믹 등이 있다. 한편, 하이드록시아파타이트(HAp)는 골 이식 및 치과 장치에서 골 대체물로 널리 사용되어왔다. HAp는 골전도 특성을 가진 생체 적합성 및생체 활성 물질이며 화학적 조성은 천연 골 조직과 유사하다. HAp는 일종의 인산 칼슘 바이오 세라믹이며, 칼슘이온과 인산 이온을 함유한 화학 물질을 원료로 사용하여 합성할 수 있다.
최근 들어, 인간의 손상된 뼈를 치료하거나 일부 대체하기 위해 금속, 고분자 천연(산호, 소 뼈 등) 또는 인조 합성 인산칼슘계 생체재료들이 속속 개발되고 있다. 이들 재료는 인공 뼈, 치조골 결손부의 치료, 인공 치근, 이소골, 치과 및 정형외과용 임플란트 등의 치,의학 분야에 두루 응용되고 있다.
따라서, 치, 의학 분야에 두루 적용 및 응용될 수 있는 골 이식재로서 사용하기 위해 더 높은 세포 증식, 및 부착능을 갖는 재료의 개발이 필요한 실정이다.
KR 10-2020-0012815 A KR 10-2019-0112991 A
본 발명의 목적은 결정성 및 강성 등 물성이 향상된 생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 저온 반응에서 물성이 우수한 바이오 세라믹스가 생성되도록 하여 높은 공정 수율을 달성할 수 있게 하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 하이드록시아파타이트(hydroxy apatite, HAp) 및 휘트록카이트(whitlockite)를 적정비율로 포함하여 물성이 향상된 치아 또는 뼈 수복용 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 가공성이 향상된 생선 뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 조성물의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물의 제조방법은 생선 뼈를 분쇄하여 분쇄물을 제조하는 분쇄단계; 상기 분쇄물에 염화마그네슘, 유기산 및 인산 화합물을 혼합하여 수용액을 제조하는 반응단계; 상기 수용액에 90 내지 150 ℃로 열처리하는 열처리단계; 및 상기 열처리 단계 이후에 상기 수용액의 침전물을 분리 및 정제하는 분리단계;를 포함하는 것이다.
상기 생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물의 제조방법은 상기 분리단계 이후에 생성물에 대하여 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 콜라겐, 알긴산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 혼합하는 혼합단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물의 제조방법은 상기 반응단계 이전에 상기 분쇄물 100 중량부에 대하여 제2 인산나트륨을 0.01 내지 0.2 중량부로 혼합하는 반응속도 조절단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물의 제조방법은 상기 분리단계 이후에 생성물에 대하여 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물을 혼합하는 개질단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112021019189049-pat00001
(상기 화학식 1에서, R1은 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다. R2 및 R3는 Cl, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 중 어느 하나이다.)
본 발명의 다른 실시예에 따른 생선뼈 유래의 뼈 수복용 조성물은 상기 생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물의 제조방법으로 제조된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생선뼈 유래의 치아 수복용 조성물 상기 생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물의 제조방법으로 제조된 것일 수 있다.
상기 조성물은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 콜라겐, 알긴산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 더 포함하는 것일 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물의 제조방법은 생선 뼈를 분쇄하여 분쇄물을 제조하는 분쇄단계; 상기 분쇄물에 염화마그네슘, 유기산 및 인산 화합물을 혼합하여 수용액을 제조하는 반응단계; 상기 수용액에 90 내지 150 ℃로 열처리하는 열처리단계; 및 상기 열처리 단계 이후에 상기 수용액의 침전물을 분리 및 정제하는 분리단계;를 포함하는 것이다.
본 발명에서 말하는 생선 뼈는 생선에 포함된 뼈, 잔뼈, 가시, 잔가시를 포함하는 것이다. 또한 상기 생선을 뼈 또는 가시를 포함하는 어류를 모두 포함하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가지는 자가 선택할 수 있는 범위를 포함한다. 또한 특별한 종에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 말하는 치아 또는 뼈 수복용 조성물은 골 조직 또는 치아조직에 적용되는 이식재, 골시멘트 또는 치아 레진 등을 소재를 포함한다.
상기 분쇄단계는 세척 및 건조된 생선 뼈를 일정한 크기로 분쇄하여 분말 형태로 제조하는 것을 의미한다. 또한 상기 분쇄단계 이전에 상기 생선 뼈는 생선 부산물을 열수로 세척하고 수산화나트륨 및 유기 용매를 사용하여 불순물이 제거된 것일 수 있다. 또한 필요한 경우 일정한 산처리 공정을 통하여 불순물이 제거되는 것일 수 있다.
바람직하게 상기 분쇄단계는 평균 입경이 0.8 내지 3.3 μm인 것일 수 있다. 평균입경이 0.8μm 미만인 경우 미세입자 간 뭉침현상으로 고른 분산이 이루어지지 않기 때문에 반응단계에서 생성된 생성물의 물성이 저하되는 문제가 있다. 반면 평균입경이 3.3 μm를 초과하는 경우 미반응 입자가 다량으로 발생하기 때문에 반응성 및 뼈 구조체의 물성이 저하되는 문제가 있다.
한편, 상기 평균입경의 조절은 볼밀 또는 제트밀 등 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 사용할 수 있는 방법이 적용되어 조절되는 것일 수 있다.
상기 반응단계는 상기 분쇄단계를 거친 분말을 용해하고, 용해물과 염화마그네슘, 유기산 및 인산 화합물을 혼합하여 제조하는 것일 수 있다.
상기 유기산은 푸마르산(Fumaric); 젖산(Lactic); 구연산(Citric); 사과산(Malic); 뷰티르산(Butyric); 개미산(Formic); 초산(Acetic); 프로피온산(Propionic); 올레산(oleic acid); 팔미톨레산(palmitoleic acid); 리놀레산(linoleic acid) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.
상기 인산 화합물은 인산이온을 공급하는 물질로서 해당 분야에서 통상의 지식을 가지는 자가 임의적으로 선택하여 결정하는 것일 수 있다. 바람직하게는 인산을 사용하는 것일 수 있다.
상기 반응단계에서 각 반응물은 원재료의 특성을 감안하여 제공되는 각 이온의 몰비를 기준으로 임의적으로 선택하여 결정하는 것일 수 있다. 이는 원재료의 특징상 고정된 몰비로 제한되지 않으며, 해당 분야의 통상의 지식을 가지는 자가 조절 및 선택하여 결정할 수 있는 범위를 모두 포함한다.
바람직하게 상기 반응단계 전에 상기 분쇄단계를 거친 미립자에 대하여 대기압 플라즈마를 처리하는 전처리 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
하이드록시아파타이트는 뼈를 구성하는 대표적인 무기질로서, 생체 적합성이 높아 다양한 의,치분야에서 수복재 또는 인조골 등의 소재로 사용되고 있다. 또한, 마그네슘을 포함하는 인산칼슘으로서 생체적합성이 높은 다른 무기소재로 휘트록카이트가 존재한다. 상기 휘트록카이트는 생체적합성이 매우 뛰어난 장점을 가지지만, 그 결정 구조상 하이드록시아파타이트 보다 불안정하다는 단점을 가진다. 따라서 하이드록시아파타이트 및 휘트록카이트가 1 : 3 내지 3 : 1 의 범위로서 혼합상으로 존재하는 경우 소재의 안정성이 높으면서도, 보다 생체적합성이 우수한 소재로 제공되도록 할 수 있다.
상기 전처리 단계를 진행하는 경우 미립자 표면의 세정 및 반응성이 증대되어, 상기 반응단계에서 하이드록시아파타이트 및 휘트록카이트의 혼합물이 효과적으로 생성될 수 있다. 특히 상기 전처리 단계를 진행하는 경우 염화마그네슘, 유기산 및 인산 화합물의 몰량을 조절하여 생성물에 하이드록시아파타이트 및 휘트록카이트가 1 : 3 내지 3 : 1의 범위로 포함되도록 할 수 있고, 판상형을 가지는 휘트록카이트가 다량으로 포함되도록 하는 것일 수 있다. 이를 통하여 생성된 반응물은 물성 및 생체 적합성이 우수한 조성물로서 제공되게 할 수 있다.
상기 열처리 단계는 상기 수용액에 90 내지 150 ℃로 열을 제공하는 단계를 말한다. 상기 단계를 통하여 용해물에서 하이드록시아파타이트 및 휘트록카이트가 생장하여 수득하게 될 수 있다. 특히 상기 전처리 단계 및 반응단계를 진행하는 경우 열처리 단계 이후에 생성물에서 하이드록시아파타이트 및 휘트록카이트가 1 : 3 내지 3 : 1의 범위로 포함되도록 하여 반응성 및 생체적합성이 우수한 소재가 생성되도록 할 수 있다.
바람직하게 상기 열처리 단계는 130 내지 150 ℃로 1차 열처리 단계 후 90 내지 110 ℃로 2차 열처리 단계로 진행되는 것일 수 있다.
상기 2단계의 열처리를 진행하는 경우 상대적으로 저열원에서 물성이 우수한 인산칼슘 입자 생성 및 조성물을 제조할 수 있다. 상기 1차 열처리 단계에 의하는 경우 인산칼슘 입자 생성이 급격히 진행되고, 방치 후 상기 2차 열처리 단계를 진행하는 경우 열처리 단계의 반응이 보다 효과적으로 진행되고 입자의 형상 및 크기가 우수한 물성을 가지는 형태로 제조될 수 있다. 특히 고온의 열처리 공정에 비하여 공정효율이 우수할 뿐만 아니라 생성된 수득물의 물성 및 생체적합성이 우수할 수 있다.
상기 분리단계는 상기 열처리 단계 이후에 상기 수용액의 침전물을 분리 및 정제하는 단계를 말하며, 해당 분야의 통상의 기술자가 사용할 수 있는 범위를 모두 포함하는 것이다.
또한 상기 분리단계 이후에 용도에 따른 제형 적용 또는 소재의 물성향상을 위하여 첨가제를 활용하거나 기타 후처리를 진행하는 것일 수 있다.
상기 생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물의 제조방법은 상기 분리단계 이후에 생성물에 대하여 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 콜라겐, 알긴산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 혼합하는 혼합단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 혼합단계를 통하여 생성물에 대한 물성을 보강할 수 있다. 특히 골재를 이루는 연질 소재의 보강을 통하여 뼈 또는 치아 수복 및 생체 적합성을 보다 높일 수 있다.
상기 생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물의 제조방법은 상기 반응단계 이전에 상기 분쇄물 100 중량부에 대하여 제2 인산나트륨을 0.01 내지 0.2 중량부로 혼합하는 반응속도 조절단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 반응속도 조절단계는 바이오세라믹의 생성속도를 빠르게 조절하고, 그 강성을 높이는 효과를 낼 수 있다. 한편, 분쇄물 100 중량부에 대하여 상기 제2 인산나트륨이 0.01 중량부 미만으로 포함되는 경우 반응속도가 높아지는 효과를 낼 수가 없다. 또한 상기 인산나트륨이 0.2 중량부를 초과하는 경우 반응 속도가 느려지면서 일정한 형상의 세라믹 입자가 생성되지 않는 문제가 있다.
특히 상기 반응속도 조절단계에 의하는 경우 상기 열처리 단계의 상대적으로 낮은 온도범위에서 효과적인 세라믹 입자의 생성이 가능하고, 우수한 물성 및 형상을 가지는 입자가 생성되도록 할 수 있다.
상기 생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물의 제조방법은 상기 분리단계 이후에 생성물에 대하여 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물을 혼합하는 개질단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112021019189049-pat00002
(상기 화학식 1에서, R1은 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다. R2 및 R3는 Cl, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 중 어느 하나이다.)
상기 개질단계에 의하는 경우 조성물의 물성 및 접착성이 향상될 수 있다. 또한 상기 개질단계의 조성물에 의하는 경우 화합물 자체에 세포독성 등의 문제가 없을 뿐만 아니라 개질된 조성물 역시 높은 안정성 및 생체적합성이 우수한 장점을 가진다.
바람직하게 상기 [화학식 1]로 이루어진 화합물은 하기의 [화학식 1a] 내지 [화학식 1c] 중 어느 하나, 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.
[화학식 1a]
Figure 112021019189049-pat00003
[화학식 1b]
Figure 112021019189049-pat00004
[화학식 1c]
Figure 112021019189049-pat00005
상기 화학식 1a 내지 1c에 의하는 경우 생성물의 물성을 향상시키면서도 생체적합성이 우수한 효과를 나타낼 수 있다.
더 바람직하게 상기 개질단계의 조성물은 상기 [화학식 1]과 함께 하기의 [화학식 2]로 이루어진 화합물이 더 포함되는 것일 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112021019189049-pat00006
(상기 화학식 2에서, n은 2 내지 100의 정수이다)
상기 [화학식 2]로 이루어진 화합물을 더 포함하는 경우 강성 및 접착성을 포함한 물성이 우수할 뿐만 아니라 가공성이 높아질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 생선뼈 유래의 뼈 수복용 조성물은 상기 생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물의 제조방법으로 제조된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생선뼈 유래의 치아 수복용 조성물 상기 생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물의 제조방법으로 제조된 것일 수 있다.
상기 조성물은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 콜라겐, 알긴산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 결정성 및 강성 등 물성이 향상된 생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물을 제공한다.
본 발명은 저온 반응에서 물성이 우수한 바이오 세라믹스가 생성되도록 하여 높은 공정 수율을 달성할 수 있게 한다.
본 발명은 하이드록시아파타이트(hydroxy apatite, HAp) 및 휘트록카이트(whitlockite)를 적정비율로 포함하여 물성이 향상된 치아 또는 뼈 수복용 조성물을 제공한다.
본 발명은 가공성이 향상된 생선 뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 방법은 상기 조성물의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[제조예 1: 바이오 세라믹스의 제조]
하기의 [표 1]과 같이 각 단계를 조절하면서, 90 내지 150 ℃의 저온 열처리 공정에서 세라믹스 생성물에 대한 성상을 평가할 수 있도록 하였다. 각 공정별로 구별된 M1 내지 M9의 공정조건을 통하여 저온공정 하에서 바이오 세라믹스 입자가 생성되는지 여부를 파악하였다.
M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9
S1 S1-1 S1-2 S1-2 S1-2 S1-2 S1-2 S1-2 S1-3 S1-2
S2 S2-3 - S2-1 S2-2 S2-3 S2-4 S2-5 S2-3 S2-3
S3 S3 S3 S3 S3 S3 S3 S3 S3 S3
S4 S4-2 S4-2 S4-2 S4-2 S4-2 S4-2 S4-2 S4-2 S4-1
S5 S5 S5 S5 S5 S5 S5 S5 S5 S5
<분쇄단계 S1>
S1-1: 붕장어 뼈 분쇄단계(평균 입경 0.4 내지 0.7 μm)
S1-2: 붕장어 뼈 분쇄단계(평균 입경 0.8 내지 3.3 μm)
S1-3: 붕장어 뼈 분쇄단계(평균 입경 3.4 내지 5.2 μm)
<반응속도조절단계 S2>
S2-1: S1 분쇄물 100 중량부에 대하여 인산나트륨 0.005 중량부 혼합
S2-2: S1 분쇄물 100 중량부에 대하여 인산나트륨 0.01 중량부 혼합
S2-3: S1 분쇄물 100 중량부에 대하여 인산나트륨 0.1 중량부 혼합
S2-4: S1 분쇄물 100 중량부에 대하여 인산나트륨 0.2 중량부 혼합
S2-5: S1 분쇄물 100 중량부에 대하여 인산나트륨 0.3 중량부 혼합
<반응단계 S3> : S1단계에서 제공된 분쇄물에 염화마그네슘(MgCl2), 팔미톨레산(C16H30O2); 인산(H3PO4) 혼합
<열처리단계 S4>
S4-1: 90 내지 150 ℃로 열처리
S4-2: 130 내지 150 ℃로 1차 열처리 후 90 내지 110 ℃로 2차 열처리
<분리단계 S5>: 침전물을 분리 및 정제
[실험예1: 바이오 세라믹스 입자의 생성여부]
상기 M1 내지 M9의 생성물에 포함된 나노입자의 형상을 분석하여 저온공정에서 바이오 세라믹스가 생성되는지 여부를 분석하였다.
M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9
S1 X X X O O O XX XX △
O: 바이오 세라믹스로 활용가능한 형상의 입자 생성
X: 바이오 세라믹스 입자 생성
XX: 미반응
△: 바이오 세라믹스로 활용가능한 형상의 입자가 일부 생성
상기 [표 2]를 참조하면, 90 내지 150 ℃로 열처리 하는 저온 공정에서는 일반적으로 세라믹스 입자의 형성이 어렵다는 점을 알 수 있다. 다만, M4 내지 M6를 참조하면 0.8 내지 3.3 μm의 평균 입경범위에 대하여 제2 인산나트륨을 0.01 내지 0.2 중량부로 전처리 하여 반응속도를 조절하는 경우 저온공정 하에서 바이오 세라믹스 입자를 생성할 수 있다는 점을 확인할 수 있다. 또한 M2 및 M3를 참조하면 상기 제2 인산나트륨의 함량이 일정 범위를 미만인 경우 반응활성이 나타나지 않는다는 점과 M7과 같이 일정 함량을 초과하는 경우 반응이 일어나지 않는다는 점을 확인할 수 있었다. 따라서 입경의 조절 및 제2 인산나트륨을 활용한 반응속도의 조절을 통하여 저온 범위에서 바이오세라믹스의 입자 생성이 가능하다는 점을 확인할 수 있다.
[실험예 2: 바이오 세라믹스의 물성 개선 실험]
대기압 플라즈마 전처리를 통하여 물성 향상여부를 평가하기 위하여 상기 M3와 함께, M3의 공정을 기반으로 반응단계 전에 대기압 플라즈마를 처리한 공정(M3P공정)으로 반응을 진행하여 생성물을 수득하였다. 상기 M3P공정은 반응단계(S3) 전에 대기압 플라즈마를 처리단계를 추가한 것 외에 S3와 동일하게 조건으로 각 단계를 진행하였다.
이후, M3 및 M3P공정의 생성물에 대하여 샘플을 채취하여 샘플 범위 내의 하이드록시아파타이트(HAp) 및 휘트록카이트(WH) 함량을 분석 및 계산하였다. 그 결과를 하기의 [표 3]에 나타내었다.
M3 M3P
HAp : HW 4 : 1 2.3 : 1
상기 [표 3]을 참조하면, 본 발명에 따른 대기압 플라즈마의 전처리 공정을 진행하는 하는 경우 HAp 및 HW의 함량이 1 : 3 내지 3: 1의 조성범위로 구성되도록 맞출 수 있다는 점을 알 수 있다. 이를 통하여 보다 생체적합성 및 물성이 우수한 바이오 세라믹스를 제공할 수 있다는 점을 확인할 수 있다.
[실험예 3: 화합물 첨가를 통한 물성 개선 실험]
상기 M3P의 생성물을 이용하여 합성 골 조성물을 제조하고, 치아용 모델에 적용한 뒤 몰드 성형으로 만들어진 치아 수복재에 대한 물성을 평가하였다. 또한 하기의 [표 4]와 같이 물성의 보강을 위하여 [화학식 1a]로 표시되는 첨가제 1a; [화학식 1b]로 표시되는 첨가제 1b; [화학식 1c]로 표시되는 첨가제 1c 각각을 보강재로 더 포함하는 혼합조성, 그리고 [화학식 2]로 표시되는 첨가제 2를 보강재로 더 포함하는 혼합조성을 적용하여 각각의 물성 보강 효과를 평가하였다.
S1 S2 S3 S4 S5 S6
첨가제 1a - O - - - -
첨가제 1b - - O - - -
첨가제 1c - - O - O
첨가제 2 - - - - O O
객관적인 평가를 위하여 S1의 팽창정도, 응고시간, 강도, 접착성 및 컬러 정보를 1로 고정하고, 나머지 S2 내지 S6에 대하여 1 내지 10의 지수로 평가하였다. 상기 지수는 그 숫자가 높을수록 효과가 우수한 것이며, 1 미만으로 평가된 값은 상기 S1에 비하여 효과가 떨어지는 것이다. 그 결과를 하기의 [표 5]에 나타내었다.
S1 S2 S3 S4 S5 S6
팽창정도 1 3 2.4 3.1 1.2 2.6
응고시간 1 0.9 0.9 0.8 1.3 1.1
강도 1 3 3 5 1.1 7
접착성 1 3 5 5 1.2 7
컬러 1 1 1 1 0.8 1
(단위: 지수)
상기 [표 5]를 참조하면, S2 내지 S4에 의하는 경우 강도 및 접착성이 향상되는 것을 알 수 있다. 또한 팽창성이 낮아 설계된 모델링을 적용하기 용이하다는 점을 알 수 있다. 특히 S4에 의하는 경우 강도 및 접착성과 함께 팽창계수에 대한 보강효과가 우수하였다. 따라서 상기 범위에 의하는 경우 물성이 보강된 뼈 또는 치아 수복재로 제공될 수 있다.
한편, S6의 경우 추가적인 상승효과를 확인할 수 있었다. 강도 및 접착성이 매우 높아지는 점을 확인할 수 있었다. 나타나 팽창계수에 대한 보강 효과도 매우 준수하다는 점을 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (7)

  1. 생선 뼈를 분쇄하여 평균 입경이 0.8 내지 3.3㎛인 분쇄물을 제조하는 분쇄단계;
    상기 분쇄물 100 중량부에 대하여 제2 인산나트륨을 0.01 내지 0.2 중량부로 혼합하는 반응속도 조절단계;
    상기 반응속도 조절단계를 거친 분쇄물에 염화마그네슘, 유기산 및 인산 화합물을 혼합하여 수용액을 제조하는 반응단계;
    상기 수용액을 130 내지 150℃로 1차 열처리한 후, 90 내지 110℃로 2차 열처리하는 열처리단계; 및
    상기 열처리 단계 이후에 상기 수용액의 침전물을 분리 및 정제하는 분리단계;를 포함하는
    생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 분리단계 이후에 생성물에 대하여 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 콜라겐, 알긴산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 혼합하는 혼합단계를 더 포함하는 것인
    생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 분리단계 이후에 생성물에 대하여 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물을 혼합하는 개질단계를 더 포함하는
    생선뼈 유래의 치아 또는 뼈 수복용 조성물의 제조방법.
    [화학식 1]
    Figure 112021019189049-pat00007

    (상기 화학식 1에서, R1은 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다. R2 및 R3는 Cl, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 중 어느 하나이다.)
  5. 제 1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 생선뼈 유래의 뼈 수복용 조성물.
  6. 제 1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 생선뼈 유래의 치아 수복용 조성물.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 조성물은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 콜라겐, 알긴산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 더 포함하는 것인
    생선뼈 유래의 뼈 수복용 조성물.
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