KR20060000320A - Bioactive and degradable polymer-siloxane hybrid and the preparation method thereof - Google Patents
Bioactive and degradable polymer-siloxane hybrid and the preparation method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR20060000320A KR20060000320A KR1020040049126A KR20040049126A KR20060000320A KR 20060000320 A KR20060000320 A KR 20060000320A KR 1020040049126 A KR1020040049126 A KR 1020040049126A KR 20040049126 A KR20040049126 A KR 20040049126A KR 20060000320 A KR20060000320 A KR 20060000320A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- polymer
- biodegradable polymer
- siloxane
- hybrid
- bioactivity
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/14—Macromolecular materials
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/40—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
- A61L27/44—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix
- A61L27/46—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix with phosphorus-containing inorganic fillers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G77/04—Polysiloxanes
- C08G77/38—Polysiloxanes modified by chemical after-treatment
Abstract
본 발명은 혈청 혹은 이와 유사한 무기이온 농도를 갖는 용액 중에서 표면에 뼈와 유사한 저결정성 탄산 아파타이트층이 스스로 생성 가능한 생체활성을 갖는 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체의 제조방법 및 이로부터 형성된 하이브리드체에 관한 것으로서, 본 발명의 생체활성을 갖는 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체의 제조방법은 (S1) 활성수소원자를 갖는 관능기를 포함하는 생분해성 고분자와 3-이소시아네이토프로필 트리에톡시실란을 반응시켜 커플링된 고분자를 얻는 단계; (S2) 상기 커플링된 고분자를 가수분해 및 축합반응시켜 실록세인 결합으로 연결되되 가수분해에 의해 형성된 실라놀 그룹들을 갖는 고분자 축합체를 합성하는 단계; 및 (S3) 상기 고분자 축합체의 실라놀 그룹들 중 일부에 칼슘 이온을 결합시키는 단계;를 포함한다. 본 발명의 제조방법에 따르면 빠르고 용이하게 생체활성을 갖는 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 제조방법에 따라 형성된 생체활성을 갖는 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체를 이용하여 골 결손부 수복재로 사용시, 금속재료 또는 세라믹 재료와는 달리 탄성율이 적절하여 골 흡수 현상이 발생하는 것을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 무기물이 용출되지 않아 염증반응 및 아파타이트층이 박리되는 문제를 방지할 수 있으며, 표면에 저결정성 탄산 아파타이트층이 스스로 생성되고 소정기간이 흐르면 생분해성이 발현되어 자가골로 완전히 치환이 가능하다.The present invention provides a method for preparing a biodegradable polymer-siloxane hybrid body having a bioactivity capable of self-generating a bone-like low crystalline apatite layer in a serum or a solution having a similar inorganic ion concentration, and a hybrid body formed therefrom. The present invention relates to a method for producing a biodegradable polymer-siloxane hybrid having a bioactivity of the present invention, comprising: (S1) a biodegradable polymer comprising a functional group having an active hydrogen atom and 3-isocyanatopropyl triethoxysilane Reacting to obtain a coupled polymer; (S2) hydrolyzing and condensing the coupled polymer to synthesize a polymer condensate having silanol groups formed by hydrolysis connected to siloxane bonds; And (S3) binding calcium ions to some of the silanol groups of the polymer condensate. According to the production method of the present invention, a biodegradable polymer-siloxane hybrid having quick and easy bioactivity can be prepared. In addition, when using a biodegradable polymer-siloxane hybrid having a bioactivity formed according to the method of the present invention as a bone defect restoration, the elastic modulus is different from that of a metal material or a ceramic material so that bone absorption occurs. Not only can it be suppressed but also inorganic substances are not eluted to prevent the inflammatory reaction and the problem of exfoliation of the apatite layer, and a low-crystalline carbonate apatite layer is produced on its surface and biodegradability is expressed after a certain period of time. Fully substituted.
골 결손부 수복재, 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체, 생체활성, 3-이소시아네이토프로필 트리에톡시실란, 실록세인 결합, 실라놀Bone defect restoration, biodegradable polymer-siloxane hybrid, bioactive, 3-isocyanatopropyl triethoxysilane, siloxane bond, silanol
Description
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체의 SEM 사진을 나타낸 것이다.Figure 1 shows a SEM picture of the biodegradable polymer-siloxane hybrid body according to Example 1 of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체의 제조 과정에 따른 생성물의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing the FT-IR spectrum of the product according to the manufacturing process of the biodegradable polymer-siloxane hybrid body according to Example 1 of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체를 의사체액 중에 1 주일간 침적시킨 후 표면에 생성된 결정상의 주사현미경 사진을 나타낸 것이다.Figure 3 shows the scanning micrograph of the crystal phase produced on the surface after immersing the biodegradable polymer-siloxane hybrid body according to Example 1 of the present invention in the body fluid for 1 week.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체를 의사체액 중에 1 주일간 침적시킨 후 표면에 생성된 결정상의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the FT-IR spectrum of the crystal phase produced on the surface after immersing the biodegradable polymer-siloxane hybrid body according to Example 1 of the present invention in the body fluid for 1 week.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체를 의사체액 중에 시간별로 침적시킨 후 표면에 생성된 결정상의 박막 X-선 회절 분석(XRD) 그래프를 나타낸 것이다.FIG. 5 shows a thin film X-ray diffraction analysis (XRD) graph of a crystalline phase formed on a surface of a biodegradable polymer-siloxane hybrid body according to Example 1 of the present invention after immersion in a pseudobody fluid over time.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체 의 인장강도 시험 결과를 나타낸 것이다.Figure 6 shows the tensile strength test results of the biodegradable polymer-siloxane hybrid body according to Example 1 of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체를 의사체액 중에 침적시 시간 별 실리콘 이온의 용출량을 나타낸 것이다.FIG. 7 shows the elution amount of silicon ions over time when the biodegradable polymer-siloxane hybrid body according to Example 1 of the present invention was deposited in a pseudobody fluid.
도 8은 본 발명의 실시예 9에 따라 제조한 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체의 다공체를 제조한 사진을 나타낸 것이다.8 shows a photograph of a porous body of a biodegradable polymer-siloxane hybrid prepared according to Example 9 of the present invention.
도 9는 본 발명의 비교예 1에 따른 고분자 필름을 의사체액 중에 1 주일간 침적시킨 후 필름 표면의 주사전자현미경 사진을 나타낸 것이다.9 is a scanning electron micrograph of the surface of the film after immersing the polymer film according to Comparative Example 1 of the present invention in a pseudo-body fluid for one week.
도 10a 및 10b는 본 발명의 비교예 2에 따른 고분자 하이브리드체를 의사체액 중에 각각 1 주일 및 2 주일간 침적시킨 후 표면에 생성된 결정상의 주사현미경 사진을 나타낸 것이다.10A and 10B show the scanning micrographs of the crystal phases formed on the surface after immersing the polymer hybrid body according to Comparative Example 2 of the present invention in the body fluid for 1 week and 2 weeks, respectively.
도 11은 본 발명의 비교예 3에 따른 폴리카프로락톤/실리카 복합체를 의사체액 중에 1 주일간 침적시킨 후 표면에 생성된 아파타이트층의 박리현상의 주사현미경 사진을 나타낸 것이다.FIG. 11 is a scanning micrograph of the polycaprolactone / silica complex according to Comparative Example 3 of the present invention after deposition for 1 week in the physiological fluid and then peeling of the apatite layer formed on the surface.
도 12는 본 발명의 비교예 3에 따른 폴리카프로락톤/실리카 복합체를 의사체액 중에 4 주간 침적시킨 후 의사체액 중에 시간 별로 용출되어 나오는 실리콘 이온의 양을 inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES)로 측정한 결과를 나타낸 것이다.12 is an inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES) of polycaprolactone / silica complex according to Comparative Example 3 of the present invention after immersion in pseudo fluids for 4 weeks and then eluted with time in the pseudo fluids It shows the result measured.
도 13은 본 발명의 비교예 4에 따른 키토산/실리카 복합체를 의사체액 중에 1 주일간 침적시킨 후 표면에 생성된 결정상의 주사현미경 사진을 나타낸 것이다.Figure 13 shows the scanning micrograph of the crystal phase produced on the surface after immersing the chitosan / silica complex according to Comparative Example 4 of the present invention in the body fluid for 1 week.
도 14a 및 14b는 본 발명의 실시예 1에 의해 제조한 원통형의 시편을 가토의 경골 원위부에 3.2 mm 구멍을 뚫고 관통시킨 후 8주 후의 조직사진 및 그 확대사진이다.14A and 14B are tissue photographs and enlarged photographs thereof 8 weeks after the cylindrical specimen prepared according to Example 1 of the present invention was penetrated through a 3.2 mm hole in the distal tibia of rabbit.
도 15는 가토의 두개골에 8 ㎜의 구멍을 뚫고 (a) 4주 (b) 8주 (c) 12주 경과 후의 조직사진이다.Fig. 15 is a tissue photograph after the opening of the 8 mm hole in the skull of rabbit (a) 4 weeks (b) 8 weeks (c) 12 weeks.
본 발명은 혈청 혹은 이와 유사한 무기이온 농도를 갖는 용액 중에서 표면에 뼈와 유사한 저결정성 탄산 아파타이트층이 스스로 생성 가능한 생체활성을 가지며, 소정기간이 흐르면 생분해성이 발현되어 자가골로 완전치 치환이 가능한 생체활성을 갖는 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체의 제조방법 및 이로부터 형성된 하이브리드체에 관한 것이다.In the present invention, a low crystalline apatite layer similar to bone on the surface of a serum or a solution having a similar inorganic ion concentration has bioactivity that can be generated by itself, and biodegradability is expressed after a predetermined period of time so that it can be completely replaced with autologous bone. The present invention relates to a method for preparing a biodegradable polymer-siloxane hybrid having bioactivity and a hybrid formed therefrom.
골 결손부 수복재(bone defect restorative material)로는 임플란트(implant) 후 뼈와 빠른 시간 내에 강하게 화학적 결합을 이루며 골 결손부를 지속적으로 지지하는 골 대체재 또는 골 결합재가 주로 사용되고 있으나, 시간이 경과하면서 차츰 생분해되어 없어지고 그 빈자리로 뼈가 성장하여 결국에는 자가골로 완전히 치환되는 골 수복재를 사용하는 것이 바람직하다.As bone defect restorative materials, bone substitutes or bone binders that form strong chemical bonds with bones after implants and support bone defects continuously are mainly used, but they are gradually biodegraded over time. It is preferable to use bone restorative materials that disappear and grow bones into the voids and eventually completely replace autologous bones.
골 결손부 수복재의 일 예로서, 생체활성 세라믹스와 금속재료를 들 수 있다. 그러나, 생체활성 세라믹스는 임플란트 후 뼈와 화학적 결합을 이루는 생체활성은 우수하지만, 파괴인성이 낮고 탄성율이 높으므로 골 흡수 현상을 유발할 가능 성이 높다는 문제점이 있다. 금속재료 역시 기계적 물성은 우수하나 생분해성이 없으며 임플란트 후 뼈와의 화학적 결합이 없고 높은 탄성율로 인하여 골 흡수 현상을 유발한다.Examples of bone defect restorations include bioactive ceramics and metal materials. However, although the bioactive ceramics have excellent bioactivity which forms chemical bonds with bone after implantation, the fracture toughness is high and the elastic modulus is high, and thus there is a high possibility of causing bone absorption. Metallic materials also have excellent mechanical properties, but are not biodegradable, have no chemical bonding with bone after implantation, and cause bone resorption due to high elastic modulus.
따라서, 뼈보다 높은 탄성율을 나타내어 골 흡수 현상을 유발하는 생체활성 세라믹스 또는 금속재료 대신에 적절한 탄성율을 나타내며 생분해성도 갖는 고분자를 골 결손부 수복재에 응용하고자 하는 시도가 계속되고 있다.Therefore, attempts are being made to apply a polymer having an appropriate modulus of elasticity and biodegradability to a bone defect restoration instead of bioactive ceramics or metal materials exhibiting a higher modulus of elasticity than bone to cause bone absorption.
생분해성 고분자는 체내에 존재하는 효소에 의해 분해 되는 효소 분해성 고분자(생체고분자)와 물의 수화작용에 의해 분해 되는 비효소 분해성 고분자(합성고분자)의 두 가지로 구분된다.Biodegradable polymers are classified into two types: enzyme degradable polymers (biopolymers) which are decomposed by enzymes present in the body and non-enzymatic decomposable polymers (synthetic polymers) which are decomposed by hydration of water.
효소 분해성 고분자는 콜라겐, 젤라틴 및 고분자량의 폴리아미노산, 폴리아스파틱산 등과 같은 폴리펩타이드류, 키틴, 키토산, 덱스트란, 셀로로스, 아밀로스, 알긴산 등과 같은 폴리사카라이드(다당체)류, 박테리아에 의해 생성되는 폴리베타하이드록실알카노에이트(PHA) 등과 같은 폴리에스터류 및 DNA와 같은 뉴클레익에이시드 등이 있다.Enzymatic degradable polymers are produced by polypeptides such as collagen, gelatin and high molecular weight polyamino acids, polyaspartic acids, etc., polysaccharides (polysaccharides) such as chitin, chitosan, dextran, cellulose, amylose, alginic acid, bacteria Polyesters such as polybetahydroxyalkanoate (PHA) and the like and nucleoacids such as DNA.
비효소 분해성 고분자로서는 폴리글리코릭산(PGA), 폴리락틱산(PLA), 폴리락틱코글리코릭산(PLGA), 폴리말레익산(PMA) 등과 같은 폴리에스터류, 폴리디옥사논 및 폴리락틱산과 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리프로필렌그리콜을 공중합시킨 고분자류, 그리고 폴리카프로락톤 및 폴리베타하이드록시부틸레이트 등과 같은 폴리하이드록실산 등이 있다. 특히 비효소 분해성 고분자는 체내에서 면역반응이 적고 기계적 물성의 제어가 용이하며 용도에 따라 구조의 변경이 비교적 간편하다는 장점이 있다. 이들은 그 구조 중 대부분 에스테르 결합을 내포하고 있으며 체내에서 물의 수화작용에 의해 에스테르 결합이 끊어지면서 그 분자량이 작아지게 되고 이렇게 생성된 저 분자량의 고분자들은 피를 통해 운반되어 소변의 형태로 체외로 배출된다.Non-enzymatic degradable polymers include polyesters such as polyglycolic acid (PGA), polylactic acid (PLA), polylacticcoglycolic acid (PLGA), polymaleic acid (PMA), polydioxanone and polylactic acid and polyethylene glycol Or polymers copolymerized with polypropylene glycol, and polyhydroxy acids such as polycaprolactone and polybetahydroxybutylate. In particular, non-enzymatic degradable polymers have the advantages of low immune response in the body, easy control of mechanical properties, and relatively simple structure changes depending on the application. Most of these structures contain ester bonds. As the ester bonds are broken by the hydration of water in the body, the molecular weight decreases, and the low molecular weight polymers thus transported through the blood are discharged out of the body in the form of urine. .
전술한 생분해성 고분자들은 봉합사를 위시하여 골 고정용 핀 및 나사, 플레이트, 접착제, 서방형 약물 전달 시스템의 재료 및 조직공학용 스캐폴드 등 다양한 용도로 널리 사용되고 있다.The biodegradable polymers described above are widely used in various applications such as bone fixation pins and screws, plates, adhesives, materials for sustained release drug delivery systems, and scaffolds for tissue engineering.
그런데, 생분해성 고분자를 골 결손부 수복재의 용도로 사용하고자 할 때의 단점은 체내에서 아파타이트가 표면에 자발적으로 형성되며 뼈와의 화학적 결합을 이루는 생체활성이 없으며 하중을 지탱하기에 적합지 않은 기계적 물성을 나타낸다는 점이다. 따라서, 생분해성 고분자로 하여금 생체활성을 갖게 하고 골 결손부 수복재로 사용할 수 있을 정도의 기계적 물성을 부여하기 위한 다양한 방법들이 제안되었다.However, the disadvantage of using the biodegradable polymer for bone defect restoration is that the apatite spontaneously forms on the surface in the body, there is no bioactivity that forms a chemical bond with the bone, and the mechanical properties are not suitable for supporting the load. Is to indicate. Therefore, various methods have been proposed to give biodegradable polymers with bioactivity and to impart mechanical properties to be used as bone defect restorations.
예를 들어, 고분자에 수산화아파타이트를 위시한 인산칼슘계 세라믹스[미국특허 제 5,626,861호] 또는 바이오 글라스[미국특허 제 5,977,204호] 등의 생체활성 세라믹스를 고분자와 혼합하는 방법이 제안되었다. 그러나, 소수성을 갖는 고분자와 친수성을 갖는 생체활성 세라믹스는 쉽게 혼합되지 않을 뿐만 아니라 친수성 세라믹스의 분율을 높이기도 어렵다. 또한 실란 커플링제를 사용하여 친수성 세라믹 분말과 소수성 고분자의 상 분리를 억제한다고 하더라도, 첨가되는 생체활성 세라믹스의 크기가 수 십 마이크로미터 수준이기 때문에 이들이 고분자와 혼합된 후 에도 표면에 균일하게 분산되어 노출되게 하는 것은 거의 불가능하며 이는 골과 직접적으로 접촉하는 면적이 줄어듦을 의미한다.For example, a method of mixing bioactive ceramics such as calcium phosphate ceramics [US Pat. No. 5,626,861] or bioglass [US Pat. No. 5,977,204] including apatite with a polymer has been proposed. However, hydrophobic polymers and hydrophilic bioactive ceramics are not easily mixed, and it is difficult to increase the fraction of hydrophilic ceramics. In addition, even though the silane coupling agent is used to inhibit the phase separation of the hydrophilic ceramic powder and the hydrophobic polymer, since the size of the bioactive ceramics added is several tens of micrometers, they are uniformly dispersed on the surface even after mixing with the polymer. It is almost impossible to achieve this, which means that the area in direct contact with the bone is reduced.
이와 같은 골 조직 재생용 유/무기 복합체가 갖는 단점들을 극복하기 위하여, 합성고분자와 세라믹 전구체가 분자규모에서 하이브리드화된 나노복합체가 최근 개발되고 있다. 이러한 공지기술로는 비닐기를 포함한 실란화합물을 라디칼 중합시키고 그 중합물에 테트라에톡시실란과 칼슘염을 첨가하여 복합체를 제조하는 방법[일본 특허공개 평9-99054호], 올가노알콕시실란 또는 말단 실라놀형 디알킬실록산에 테트라에톡시실란 또는 테트라이소프로필티탄을 칼슘염과 함께 첨가하여 복합체를 제조하는 방법[일본 특허공개 평11-164880호, 11-172109호], 이소씨아네이트기를 포함하는 실란 화합물을 비분해성 고분자의 말단에 화학결합 시키고 테트라에톡시실란 또는 테트라이소프로필티탄을 칼슘염과 함께 첨가하여 복합체를 제조하는 방법 [일본 특허공개 평 2001-79080], 생분해성 고분자와 커플링제를 반응시킨 다음, 가수분해가 가능한 세라믹 전구체와 수용성 칼슘염을 첨가하여 졸-겔 반응시킴으로서 복합체를 제조하는 방법(대한민국 특허공개 2003-22425] 등이 있다.In order to overcome the drawbacks of the organic / inorganic complex for bone tissue regeneration, nanocomposites in which synthetic polymers and ceramic precursors are hybridized on a molecular scale have been recently developed. Such a known technique is a method of radically polymerizing a silane compound including a vinyl group and adding a tetraethoxysilane and a calcium salt to the polymer to prepare a complex [Japanese Patent Laid-Open No. 9-99054], organoalkoxysilane or terminal sila Method for preparing a complex by adding tetraethoxysilane or tetraisopropyltitanium to a nal dialkylsiloxane together with a calcium salt [Japanese Patent Laid-Open Nos. 11-164880, 11-172109], a silane compound containing an isocyanate group Is chemically bonded to the end of a non-degradable polymer, and tetraethoxysilane or tetraisopropyltitanium is added together with a calcium salt to prepare a complex [Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-79080], and a biodegradable polymer is reacted with a coupling agent. Next, a method of preparing a composite by adding a hydrolyzable ceramic precursor and a water-soluble calcium salt to perform a sol-gel reaction It includes ROC Patent Publication 2003-22425.
전술한 하이브리드 제조방법은 아래 구조식 1에 나타난 바와 같이, 실리카 혹은 티타니아 상으로 전환하는 세라믹 전구체의 첨가로 인하여 기계적 물성을 쉽게 조절할 수 있는 장점은 있으나, 세라믹 전구체인 실리카 혹은 티타니아계 무기물이 통상의 방법과 같이 소결 과정을 거쳐 강화된 결합 구조를 갖지 않기 때문에 체내에서 쉽게 용출되고, 표면에 발생한 아파타이트 층이 실리카 혹은 티타니아계 무기물과 함께 나노복합체로부터 쉽게 박리되어 버리는 현상이 발생된다. 따라서, 처음 의도하였던 대로 뼈와의 강한 결합이 이루어 지지 못할 뿐만 아니라 체내에서 이들이 다량 용출되며 심각한 염증반응을 유발하는 것으로 알려졌다.The hybrid manufacturing method described above has the advantage that the mechanical properties can be easily adjusted due to the addition of a ceramic precursor that converts to a silica or titania phase, as shown in
<구조식 1><
한편, 레이 렌 등은 하이브리드체 제조시 커플링제로서 말단에 에폭시 그룹을 갖는 3-글리시독시프로필 트리메톡시실란(GPSM)을 이용하였다[Journal of Sol-Gel Science and Technology 21, 115-121, 2001]. 그러나, GPSM은 커플링 반응시 에폭시 그룹이 개환하여 반응하므로 반응속도가 느리다는 단점이 있다.On the other hand, Rayren et al. Used 3-glycidoxypropyl trimethoxysilane (GPSM) having an epoxy group at the end as a coupling agent when preparing a hybrid body [Journal of Sol-Gel Science and Technology 21, 115-121, 2001]. However, GPSM has a disadvantage in that the reaction rate is slow because the epoxy group is ring-opened and reacted during the coupling reaction.
본 발명의 기술적 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 골 결손부 수복재로 사용시, 금속재료 또는 세라믹 재료와는 달리 탄성율이 적절하여 골 흡수 현상이 발생하는 것을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 무기물이 용출되지 않아 염증반응 및 아파타이트층이 박리되는 문제를 방지할 수 있으며, 표면에 저결정성 탄산 아파타이트층이 스스로 생성되고 소정기간이 흐르면 생분해성이 발현되어 자가골로 완전히 치환이 가능한 생체활성을 갖는 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체를 빠르고 용이하게 제조할 수 있는 방법 및 이로부터 형성된 하이브리드체를 제공하는데 있다.Technical problem of the present invention was devised to solve the above problems of the prior art, when used as a bone defect repairing material, unlike the metal material or ceramic material, it is possible to suppress the occurrence of bone absorption phenomenon due to the proper elastic modulus. In addition, the inorganic substance is not eluted to prevent the inflammatory reaction and the problem of peeling the apatite layer, and a low-crystalline apatite carbonate layer is generated on its own surface and biodegradable is expressed after a certain period of time to be completely replaced by autologous bone The present invention provides a method for quickly and easily preparing a biodegradable polymer-siloxane hybrid having activity and a hybrid formed therefrom.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 생체활성을 갖는 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체의 제조방법은 (S1) 활성수소원자를 갖는 관능기를 포함하는 생분해성 고분자와 3-이소시아네이토프로필 트리에톡시실란을 반응시켜 커플링된 고분자를 얻는 단계; (S2) 상기 커플링된 고분자를 가수분해 및 축합반응시켜 실록세인 결합으로 연결되되 가수분해에 의해 형성된 실라놀 그룹들을 갖는 고분자 축합체를 합성하는 단계; 및 (S3) 상기 고분자 축합체의 실라놀 그룹들 중 일부에 칼슘 이온을 결합시키는 단계;로 구성된다.In order to achieve the above technical problem, the method for preparing a biodegradable polymer-siloxane hybrid having a bioactivity of the present invention includes (S1) a biodegradable polymer comprising a functional group having an active hydrogen atom and 3-isocyanatopropyl tree Reacting the ethoxysilane to obtain a coupled polymer; (S2) hydrolyzing and condensing the coupled polymer to synthesize a polymer condensate having silanol groups formed by hydrolysis connected to siloxane bonds; And (S3) binding calcium ions to some of the silanol groups of the polymer condensate.
본 발명의 제조방법에 있어서, 활성수소원자를 갖는 관능기로는 수산화기, 아민기 또는 카르복실기를 예시할 수 있으며, 활성수소원자를 갖는 관능기를 포함하는 생분해성 고분자의 중량평균 분자량은 100 ~ 100,000인 것을 사용하는 것이 바람직하다.In the production method of the present invention, examples of the functional group having an active hydrogen atom include a hydroxyl group, an amine group or a carboxyl group, and the weight average molecular weight of the biodegradable polymer including a functional group having an active hydrogen atom is 100 to 100,000. It is preferable to use.
또한, 본 발명은 전술한 제조방법에 의해 형성된 생체활성을 갖는 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체를 제공한다.The present invention also provides a biodegradable polymer-siloxane hybrid having a bioactivity formed by the above-described manufacturing method.
이하, 본 발명의 제조방법 및 이로부터 형성된 생체활성을 갖는 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the preparation method of the present invention and the biodegradable polymer-siloxane hybrid having bioactivity formed therefrom will be described in detail.
본 발명의 제조방법에 따르면 먼저, 활성수소원자를 갖는 관능기를 포함하는 생분해성 고분자와 3-이소시아네이토프로필 트리에톡시실란을 반응시켜 커플링된 고분자를 얻는다(S1).According to the preparation method of the present invention, first, a biodegradable polymer including a functional group having an active hydrogen atom and 3-isocyanatopropyl triethoxysilane are reacted to obtain a coupled polymer (S1).
3-이소시아네이토프로필 트리에톡시실란은 말단에 이소시아네이트기를 갖는데, 잘 알려진 바와 같이 이소시아네이트는 높은 반응성을 나타내며 수산화기, 아민기, 카르복실기와 같은 활성수소원자를 갖는 관능기와 빠른 속도로 반응한다. 수산화기, 아민기, 카르복실기를 각각 말단에 포함하는 생분해성 고분자와 3-이소시아네이토프로필 트리에톡시실란과의 반응을 살펴 보면 다음과 같다.3-isocyanatopropyl triethoxysilane has an isocyanate group at its end, and as is well known, isocyanates exhibit high reactivity and react rapidly with functional groups having active hydrogen atoms such as hydroxyl, amine, and carboxyl groups. Looking at the reaction of the biodegradable polymer containing a hydroxyl group, an amine group, and a carboxyl group at each terminal and 3-isocyanatopropyl triethoxysilane as follows.
<반응식 1><
<반응식 2><
<반응식 3><
상기 반응식 1 내지 3에서, P는 이소시아네이트와 반응한 관능기를 제외한 생분해성 고분자를 의미한다.In the
즉, 반응식 1 내지 3에 나타난 바와 같이, 수산화기를 포함하는 생분해성 고분자는 3-이소시아네이토프로필 트리에톡시실란과 반응하여 우레탄 결합이 형성되 어 커플링된 고분자가 얻어지고, 아민기를 포함하는 생분해성 고분자는 3-이소시아네이토프로필 트리에톡시실란과 반응하여 우레아 결합이 형성되어 커플링된 고분자가 얻어지고, 카르복실기를 포함하는 생분해성 고분자는 3-이소시아네이토프로필 트리에톡시실란과 반응하여 아미드 결합이 형성되어 커플링된 고분자가 얻어진다. 특히, 수산화기를 포함하는 생분해성 고분자를 사용하는 경우 형성되는 우레탄 결합은 그 자체로 생분해성이 있어 생분해 속도 조절에 매우 유리하다.That is, as shown in
반응식 1 내지 3에 있어서, 반응을 통해 얻어진 커플링된 고분자에 존재하는 우레탄 결합, 우레아 결합 등에는 또 다른 활성수소 원자를 갖고 있으므로, 다른 3-이소시아네이토프로필 트리에톡시실란과 부반응을 일으켜 알로파네이트(Allophanate), 비울렛트(Biuret) 등을 형성할 수 있음은 물론이며, 반응식에는 별도로 표시하지 않았다.In
3-이소시아네이토프로필 트리에톡시실란과 반응하는 생분해성 고분자로는 3-이소시아네이토프로필 트리에톡시실란의 이소시아네이트와 반응할 수 있는 활성수소원자를 갖는 관능기를 포함하고 있는 생분해성 고분자라면 사용이 가능한데, 예를 들어, 폴리카프로락톤, 폴리락틱산, 폴리그리코릭산, 폴리락틱산과 폴리글리코릭산의 공중합체, 폴리카프로락톤과 폴리락틱산의 공중합체, 폴리카프로락톤과 폴리에틸렌글리콜의 공중합체, 폴리락틱산과 폴리에틸렌글리콜의 공중합체, 폴리글리코릭산과 폴리에틸렌글리콜의 공중합체, 폴리파스파잔, 폴리아스파틱산, 콜라겐, 히아루론산, 콘드로이틴황산, 키틴, 키토산, 덱스트란, 아밀로스, 알긴산 또는 이들의 공중합체 등을 들 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.Biodegradable polymers that react with 3-isocyanatopropyl triethoxysilane include biodegradable polymers containing functional groups having active hydrogen atoms capable of reacting with isocyanates of 3-isocyanatopropyl triethoxysilane. Ramen can be used, for example, polycaprolactone, polylactic acid, polyglycolic acid, copolymers of polylactic acid and polyglycolic acid, copolymers of polycaprolactone and polylactic acid, polycaprolactone and polyethylene glycol Copolymers, copolymers of polylactic acid and polyethylene glycol, copolymers of polyglycolic acid and polyethylene glycol, polypaspazan, polyaspartic acid, collagen, hyaluronic acid, chondroitin sulfate, chitin, chitosan, dextran, amylose, alginic acid or their The copolymer etc. are mentioned, It is not limited to this.
본 발명의 제조방법에 있어서, 사용되는 생분해성 고분자의 종류와 분자량에 따라 성형 및 가공성, 기계적 물성 및 체내에서 생성되는 저결정성 탄산 아파타이트 피막의 균일도를 조절할 수 있으며, 바람직한 생분해성 고분자의 중량평균 분자량은 100 내지 100,000이다. 중량평균분자량이 100 미만이면 하이브리드체의 형성이 어려울 수 있고, 중량평균분자량이 100,000을 초과하면 반응속도가 지연되고 하이브리드체 내에 존재하는 아파타이트의 핵 형성 수가 상대적으로 감소되므로, 하이브리드체의 표면에 균일한 저결정성 탄산 아파타이트 층이 생성되기 어려울 수 있다.In the production method of the present invention, according to the type and molecular weight of the biodegradable polymer to be used, the molding and processing properties, mechanical properties and uniformity of the low crystalline apatite film produced in the body can be adjusted, the weight average of the preferred biodegradable polymer The molecular weight is 100 to 100,000. If the weight average molecular weight is less than 100, it may be difficult to form a hybrid body, and if the weight average molecular weight exceeds 100,000, the reaction rate is delayed and the nucleation of apatite present in the hybrid body is relatively reduced, so that the surface of the hybrid body is uniform. One low crystalline apatite layer may be difficult to produce.
이어서, 커플링된 고분자를 가수분해 및 축합반응시키면 커플링된 고분자는 서로 실록세인 결합으로 연결되어 고분자 축합체를 형성하며, 분자구조 내에 가수분해에 의해 형성된 실라놀 그룹들이 생성된다(S2). 전술한 반응식 1 내지 3에 따라 형성된 커플링된 고분자로부터 고분자 축합체가 형성되는 반응을 예를 들어 살펴 보면 다음과 같다.Subsequently, when the coupled polymer is hydrolyzed and condensed, the coupled polymers are connected to each other by siloxane bonds to form a polymer condensate, and silanol groups formed by hydrolysis in the molecular structure are generated (S2). Looking at the reaction that the polymer condensation is formed from the coupled polymer formed according to the
<반응식 4><
<반응식 5>
<반응식 6><Scheme 6>
반응식 4 내지 6에는 생분해성 고분자에 존재하는 활성수소원자를 갖는 관능기가 1개인 경우를 예시하였으나, 관능기가 2개 이상인 경우에는 동일한 구조가 연속적으로 반복되어 연결된 고분자 축합체가 형성될 수 있음은 물론이다. 또한, 반응식 4 내지 6에는 가수분해된 커플링 고분자간의 축합반응을 통해 1개의 실록세인 결합으로 연결된 선형의 고분자 축합체만을 표시하였으나, 가수분해된 커플링 고분자는 3개의 수산화기를 갖고 있으므로 2개 또는 3개의 실록세인 결합으로 연결된 망상구조의 고분자 축합체가 형성될 수 있음은 물론이며, 반응식에는 별도로 표시하지 않았다. 이와 같이 제조된 고분자 축합체는 기계적 물성이 증가되어 골 결손재 수복재로서 충분히 기능할 수 있다.
이어서, 고분자 축합체에는 칼슘 이온을 결합시키는데, 고분자 축합체의 실라놀 그룹은 개열되어 Si-O-와 같이 음으로 대전된 다수의 개열점을 가지므로, 수용성 칼슘염 등이 가수분해되어 형성된 칼슘 이온이 개열점에 결합하게 된다.전술한 반응식 4 내지 6에 따라 형성된 고분자 축합체에 칼슘 이온이 결합된 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체의 구조를 각각 다음에 예시하였다.Subsequently, calcium ions are bound to the polymer condensate. Since the silanol groups of the polymer condensate are cleaved and have a large number of cleavage points that are negatively charged, such as Si—O − , water-soluble calcium salts are formed by hydrolysis. The ions bind to the cleavage point. The structures of the biodegradable polymer-siloxane hybrids in which calcium ions are bonded to the polymer condensate formed according to
<구조식 2><
<구조식 3><
<구조식 4><
구조식 2 내지 4를 참조하면, 본 발명의 제조방법에 따라 형성된 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체는 칼슘 이온과 결합하지 않은 실라놀 그룹이 존재한 다. 이는 칼슘 이온을 도입하기 위한 첨가제인 수용성 칼슘염의 함량을 조절하므로서 가능한데, 이러한 실라놀 그룹은 사람의 혈청이나 또는 그와 무기이온 농도가 유사한 용액 내에서 저결정성 탄산 아파타이트가 생성되도록 하는 핵형성 자리로 작용한다. 또한, 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체에 존재하는 칼슘 이온은 저결정성 탄산 아파타이트가 신속하게 피복될 수 있도록 하는 아파타이트의 생성을 촉진시킨다.Referring to
본 발명의 제조방법에 있어서, (S2) 단계와 (S3) 단계는 편의상 구분하여 단계별로 기재하였으나, 실질적으로는 동시에 진행될 수 있다.In the manufacturing method of the present invention, step (S2) and step (S3) are described for the convenience step by step, but can be substantially progressed simultaneously.
즉, (S1) 단계에 의해 형성된 커플링된 고분자를 수용성 칼슘염이 용해된 수용액에 첨가하면, 전술한 (S2) 단계에 따라 고분자 축합체가 형성되면서 동시에 고분자 축합체의 실라놀 그룹 중 일부에 칼슘 이온이 결합된다. 수용성 칼슘으로는 칼슘나이트레이트, 칼슘나이트레이트하이드레이트, 칼슘나이트레이트테트라하이드레이트, 칼슘클로라이드, 칼슘클로라이드하이드레이트, 칼슘클로라이드디하이드레이트, 칼슘클로라이드헥사하이드레이트, 칼슘아세테이트하이드레이트, 칼슘아세테이트모노하이드레이트 또는 칼슘싸이트레이트테트라하이드레이트 등을 사용할 수 있다.That is, when the coupled polymer formed by the step (S1) is added to the aqueous solution in which the water-soluble calcium salt is dissolved, the polymer condensate is formed according to the step (S2) described above, and at the same time, calcium is added to some of the silanol groups of the polymer condensate. Ions are bound. Water soluble calcium includes calcium nitrate, calcium nitrate hydrate, calcium nitrate tetrahydrate, calcium chloride, calcium chloride hydrate, calcium chloride dihydrate, calcium chloride hexahydrate, calcium acetate hydrate, calcium acetate monohydrate or calcium citrate tetrahydrate. Etc. can be used.
이와 같이 형성된 본 발명에 따른 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체는 이를 캐스팅하여 코팅제, 필름, 벌크, 다공체 등 다양한 형태로 사용할 수 있다.The biodegradable polymer-siloxane hybrid according to the present invention formed as described above may be cast and used in various forms such as coatings, films, bulks, porous bodies, and the like.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. However, embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, the scope of the present invention should not be construed as limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
실시예 1Example 1
분자량 2,000의 폴리카프로락톤디올 50 g, 3-이소시아네이토프로필 트리에톡시실란 18 g(폴리카프로락톤 디올과 3-이소시아네이토프로필 트리에톡시실란의 몰비 = 1:2), 디아자바이시클로옥탄 11 g을 톨루엔 250 g 중에 용해시킨 다음, 50 ℃의 항온조에서 건조된 질소를 흘려주며 3-이소시아네이토프로필 트리에톡시실란 커플링제와 폴리카프로락톤디올을 반응시켰다. 반응 결과물은 메탄올에 침전시켜 미반응의 실란커플링제와 촉매를 제거하고 실온의 진공오븐 중에서 24 시간 건조시켜 커플링된 고분자를 얻었다.50 g of polycaprolactonediol having a molecular weight of 2,000, 18 g of 3-isocyanatopropyl triethoxysilane (molar ratio of polycaprolactone diol and 3-isocyanatopropyl triethoxysilane = 1: 2), diaza 11 g of bicyclooctane was dissolved in 250 g of toluene, followed by reacting polycaprolactonediol with 3-isocyanatopropyl triethoxysilane coupling agent while flowing dry nitrogen in a thermostat at 50 ° C. The reaction product was precipitated in methanol to remove the unreacted silane coupling agent and catalyst, and dried in a vacuum oven at room temperature for 24 hours to obtain a coupled polymer.
이어서, 커플링된 고분자 50 g에 열을 가하여 융해시킨 다음, 수용성 칼슘염(칼슘나이트레이트·테트라하이드레이트) 5 g, 에탄올 50 g, 증류수 0.5 g, 1 M 농도의 염산수용액 0.05 g을 차례로 혼합하여 30분간 반응시켜 얻어진 용액을 가하여 30분간 혼합하였다. 이를 지지체 위에 캐스팅한 후 50 ℃의 오븐 중에서 겔화를 진행시켜 필름 형태의 성형체를 제조하였다.Then, 50 g of the coupled polymer was heated and melted, and then 5 g of water-soluble calcium salt (calcium nitrate and tetrahydrate), 50 g of ethanol, 0.5 g of distilled water, and 0.05 g of hydrochloric acid solution of 1 M concentration were mixed in this order. The solution obtained by making it react for 30 minutes was added, and it mixed for 30 minutes. This was cast on a support and then gelled in an oven at 50 ° C. to form a molded article in the form of a film.
실시예 1에 따라 제조된 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체 필름을 주사전자현미경(SEM) 사진으로 촬영하여 도 1에 나타내었다. 도 1에 나타난 바와 같이, 제조된 하이브리드체는 균열의 발생이 없는 벌크체임을 확인 할 수 있었다.The biodegradable polymer-siloxane hybrid body film prepared according to Example 1 was photographed with a scanning electron microscope (SEM) photograph and is shown in FIG. 1. As shown in Figure 1, the prepared hybrid body was confirmed that the bulk body without the occurrence of cracks.
또한, FT-IR 스펙트럼으로 실시예 1에 따른 각 공정 단계에서 반응이 성공적으로 완료되었는가를 평가하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에 나타난 바와 같이, 초기 폴리카프로락톤 디올에서는 3544 cm-1에서 수산화기가 관찰되는데, 3-이소시아네이토프로필 트리에톡시실란 커플링제를 결합시킨 후에는 수산화기가 사라지고 3393 cm-1에서 아마이드기가 관찰되어, 폴리카프로락톤 중에 존재하는 수산화기와 실란 커플링제 중에 존재하는 이소시아네이트기가 반응하여 우레탄 결합을 형성하였음을 확인할 수 있다. 또한, 커플링된 폴리카프로락톤을 수화 후 축합 반응시켰을 때 1102, 786, 420 cm-1 위치에서 실록세인 그룹의 발생이 확인되었고, 960, 841 cm-1 위치에서 실라놀 그룹의 발생이 확인되어 실란 커플링된 폴리카프로락톤이 수화된 후 다른 수화된 실란 커플링제와의 축합 반응에 의해 실록세인 결합을 형성하고, 미반응된 실라놀 그룹은 그대로 잔존하는 것을 확인할 수 있었다.In addition, the FT-IR spectrum was used to evaluate whether the reaction was successfully completed in each process step according to Example 1, and the results are shown in FIG. 2. As shown in Figure 2, in the initial polycaprolactone diol, the hydroxyl group was observed at 3544 cm -1 , after the 3-isocyanatopropyl triethoxysilane coupling agent was bound, the hydroxyl group disappeared and the amide at 3393 cm -1 The group was observed to confirm that the hydroxyl group present in the polycaprolactone and the isocyanate group present in the silane coupling agent reacted to form a urethane bond. In addition, when the condensation reaction of the coupled polycaprolactone after hydration was confirmed the generation of siloxane group at 1102, 786, 420 cm -1 position, the generation of silanol group at the 960, 841 cm -1 position After the silane-coupled polycaprolactone was hydrated, it was confirmed that a siloxane bond was formed by a condensation reaction with another hydrated silane coupling agent, and the unreacted silanol group remained as it was.
한편, 실시예 1에 따라 제조된 고분자 하이브리드체 필름을 의사체액 중에 1 주일간 침적시킨 후 표면에 생성된 결정상을 주사현미경 사진(도 3), FT-IR 스펙트럼(도 4), 박막 X-선 회절 분석(XRD)(도 5) 하여 도 3 ∼ 5에 나타내었다. 도 3 ∼ 5에 나타난 바와 같이, 상기 고분자 하이브리드체는 의사체액 중에 침적한 결과 하이브리드체의 표면에 저결정성 탄산 아파타이트가 균일하게 생성됨을 확인할 수 있었다.Meanwhile, the polymer hybrid film prepared according to Example 1 was immersed in the pseudo-body fluid for 1 week, and then the crystal phases formed on the surface were scanned micrographs (FIG. 3), FT-IR spectra (FIG. 4), and thin film X-ray diffraction. Analysis (XRD) (Fig. 5) is shown in Figs. As shown in FIGS. 3 to 5, it was confirmed that the polymer hybrid body was uniformly formed with low crystalline apatite on the surface of the hybrid body as a result of being deposited in the pseudobody fluid.
또한, 실시예 1에 따라 제조된 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체 필름 의 기계적 물성을 측정하여 그 S-S 커브를 도 6에 나타내었다. 도 6에 나타난 바와 같이, 하이브리드체 필름의 인장강도는 18 MPa, 탄성률은 160 MPa, 신장률은 290 %로 나타나 해면골의 물성과 유사한 값을 보였고, 의사체액 중에 시간을 달리하여 침적시 커플링제로부터 용출될 수 있는 실리콘 이온은 inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES)로 검사 결과, 도 7에 도시한 바와 같이 전혀 검출되지 않았다.In addition, the mechanical properties of the biodegradable polymer-siloxane hybrid body film prepared according to Example 1 was measured and the S-S curve is shown in FIG. 6. As shown in FIG. 6, the tensile strength of the hybrid body film was 18 MPa, the modulus of elasticity was 160 MPa, and the elongation was 290%, showing similar values to the properties of the spongy bone. The eluted silicon ions were not detected at all as shown in FIG. 7 by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES).
실시예 2Example 2
고분자로 분자량 530의 폴리카프로락톤을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건과 방법으로 필름 형태의 성형체를 제조하였다.A molded article in the form of a film was prepared under the same conditions and method as in Example 1, except that polycaprolactone having a molecular weight of 530 was used as the polymer.
실시예 3Example 3
고분자로 분자량 80,000의 폴리카프로락톤을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건과 방법으로 필름 형태의 성형체를 제조하였다.A molded article in the form of a film was prepared under the same conditions and methods as in Example 1 except that polycaprolactone having a molecular weight of 80,000 was used as the polymer.
실시예 4Example 4
고분자로 분자량 2,000의 폴리카프로락톤과 80,000의 폴리카프로락톤을 중량비 50:50으로 혼합 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건과 방법으로 필름 형태의 성형체를 제조하였다.A molded article in the form of a film was prepared under the same conditions and methods as in Example 1, except that a polycaprolactone having a molecular weight of 2,000 and a polycaprolactone having a weight ratio of 50:50 were used as a polymer.
실시예 5Example 5
고분자로 분자량 900의 폴리카프로락톤 트리올을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건과 방법으로 필름 형태의 성형체를 제조하였다.A molded article in the form of a film was prepared under the same conditions and method as in Example 1, except that polycaprolactone triol having a molecular weight of 900 was used as the polymer.
실시예 6Example 6
산성 말단기를 갖는 분자량 10,000의 폴리락틱산 50 g, 이소시아네이토프로필 트리에톡시실란 2.5 g (IPTS/PLGA의 몰비 = 2), 디아자바이시클로옥탄 1 g 을 테트라하이드로푸란 250 g 중에 용해시킨 후 50 ℃에서 건조된 질소를 흘려주며 실란커플링제와 폴리락틱산을 반응시켰다. 그 후 이를 메탄올에 침전시켜 미반응의 이소시아네이토프로필 트리에톡시실란과 디아자바이시클로옥탄을 제거하고 실온의 진공오븐 중에서 24 시간 건조시켰다.50 g of polylactic acid having a molecular weight of 10,000 with acidic end groups, 2.5 g of isocyanatopropyl triethoxysilane (molar ratio of IPTS / PLGA = 2) and 1 g of diazabicyclooctane are dissolved in 250 g of tetrahydrofuran After flowing the dried nitrogen at 50 ℃ and reacted the silane coupling agent and polylactic acid. It was then precipitated in methanol to remove unreacted isocyanatopropyl triethoxysilane and diazabicyclooctane and dried in a vacuum oven at room temperature for 24 hours.
그 후 칼슘나이트레이트·테트라하이드레이트 5 g, 증류수 0.3 g, 1 M 농도의 염산수용액 0.25 g을 차례로 혼합 후 30 분 동안 반응시키고, 이를 다시 실란커플링된 폴리락틱산 50 g이 테트라하이드로푸란 100 g에 용해된 용액 속에 첨가하여 30 분간 반응시킨 후 캐스팅하여 필름 형태의 성형체를 제조하였다.Thereafter, 5 g of calcium nitrate and tetrahydrate, 0.3 g of distilled water, and 0.25 g of an aqueous hydrochloric acid solution of 1 M concentration were mixed in order, followed by reaction for 30 minutes, and again 50 g of silane-coupled polylactic acid was 100 g of tetrahydrofuran. It was added to the solution dissolved in the reaction for 30 minutes and then cast to prepare a molded article in the form of a film.
실시예 7Example 7
고분자로 분자량 10,000의 90% 폴리락틱산과 10%의 폴리글리코릭산이 공중합된 것을 사용한 것을 제외하고 실시예 6과 동일한 조건과 방법으로 필름 형태의 성형체를 제조하였다.A molded article in the form of a film was prepared in the same conditions and methods as in Example 6, except that 90% polylactic acid having a molecular weight of 10,000 and a polyglycolic acid having a copolymer of 10% were used as a polymer.
실시예 8Example 8
디메틸포름아마이드 200 g 중에 키토산 분말 10 g과 프탈릭안하이드라이드 27.6 g을 첨가한 후 130도에서 24시간 반응시켰다. 이어서, 이 혼합물을 2 리터의 0 ℃의 물에 조금씩 부어 넣어 침전물을 얻고 이를 삭슬릿 장치에서 에탄올을 사용하여 24 시간에 걸쳐 미반응 물질을 제거하고 건조하였다. 그런 다음, 프탈릭안하이드라이드와 반응된 물질 10 g을 디메틸포름아마이드 200 g 중에 녹인 후 이소씨 아나토프로필트리에톡시실란 12 g과 트리에틸아민 0.5 g을 첨가하여 50 ℃에서 24 시간 동안 반응시켰다. 이어서, 이 반응물을 5 ℃의 에탄올에 침전시킨 후 여과하여 미반응 물질을 제거하고 건조하여 분말 상태로 만들었다. 그런 다음, 이 분말 10 g을 디메틸포름아마이드 50 g 중에 녹이고 칼슘나이트레이트·테트라하이드레이트 1.5 g, 1 몰 염산 수용액 0.3 g, 증류수 2 g, 에탄올 1.5 g을 첨가하여 30 분간 반응시키고 몰드에 부어 상온에서 겔화시켰다.10 g of chitosan powder and 27.6 g of phthalic anhydride were added to 200 g of dimethylformamide, followed by reacting at 130 ° C for 24 hours. This mixture was then poured into 2 liters of 0 ° C. water little by little to obtain a precipitate which was removed with ethanol in a saxlet apparatus over 24 hours and dried. Then, 10 g of the material reacted with phthalic hydride was dissolved in 200 g of dimethylformamide, and then 12 g of isoC anatopropyltriethoxysilane and 0.5 g of triethylamine were added and reacted at 50 ° C. for 24 hours. I was. This reaction was then precipitated in ethanol at 5 ° C., filtered to remove unreacted material, dried and powdered. Then, 10 g of this powder was dissolved in 50 g of dimethylformamide, 1.5 g of calcium nitrate and tetrahydrate, 0.3 g of 1 mole hydrochloric acid solution, 2 g of distilled water, and 1.5 g of ethanol were added thereto, reacted for 30 minutes, poured into a mold, and cooled at room temperature. Gelled.
실시예 9Example 9
200~400 ㎛ 범위의 소금결정을 몰드 바닥에 깐 후, 실시예 1의 제조방법에 따라 얻어진 졸상의 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체를 부어 넣고 겔화시켰다. 겔이 완전히 건조된 후, 증류수 속에서 소금을 용출시켜 소금이 있던 부위에 기공을 형성시켜 다공체를 제조하였다. 제조된 다공체의 SEM 사진을 도 8에 나타냈다.After salt crystals in the range of 200 to 400 μm were placed on the bottom of the mold, the sol-like biodegradable polymer-siloxane hybrid body obtained according to the preparation method of Example 1 was poured and gelated. After the gel was completely dried, the porous material was prepared by eluting salt in distilled water to form pores in the salt portion. The SEM photograph of the prepared porous body is shown in FIG.
비교예 1Comparative Example 1
실시예 1에서 3-이소시아네이토프로필 트리에톡시실란를 사용하지 않되, 나머지 조건과 방법은 동일하게 하여 필름 형태의 성형체를 제조하였다.In Example 1, 3-isocyanatopropyl triethoxysilane was not used, but the remaining conditions and methods were the same to form a molded article in the form of a film.
상기 제조된 고분자 필름을 의사체액 중에 1 주일간 침적시킨 후 표면을 주사현미경 사진으로 관찰하였으며, 그 결과를 도 9에 나타내었다. 도 9에 나타난 바와 같이, 상기 고분자 필름은 생체활성이 발현되지 않아 복합체의 표면에 저결정성 탄산 아파타이트가 생성되지 않음을 확인할 수 있었다.After immersing the prepared polymer film in the pseudo-body fluid for 1 week, the surface was observed by scanning micrograph, and the result is shown in FIG. 9. As shown in FIG. 9, the polymer film did not express bioactivity, and thus, it was confirmed that low crystalline apatite was not produced on the surface of the composite.
비교예 2Comparative Example 2
실시예 1에서 수용성 칼슘염(칼슘나이트레이트·테트라하이드레이트)을 사용하지 않되, 나머지 조건과 방법은 동일하게 하여 필름 형태의 성형체를 제조하였다.In Example 1, a water-soluble calcium salt (calcium nitrate-tetrahydrate) was not used, but a molded article in the form of a film was prepared in the same manner as in the remaining conditions.
상기 제조된 고분자 하이브리드체를 의사체액 중에 1 주일과 2 주일간 침적시킨 후 표면에 생성된 결정상을 주사현미경 사진으로 관찰하였으며, 그 결과를 도 10a 및 10b에 나타내었다. 도 10a 및 10b에 나타난 바와 같이, 상기 하이브리드체는 생체활성 발현이 지연되어 침적 1 주일까지는 아파타이트 상이 생성되지 않음을 알 수 있었으며, 침적 2 주일이 되어서야 아파타이트 상이 생성됨을 확인할 수 있었다.After immersing the prepared polymer hybrid body in the body fluid for 1 week and 2 weeks, the crystalline phase formed on the surface was observed by scanning micrographs, and the results are shown in FIGS. 10A and 10B. As shown in Figure 10a and 10b, the hybrid was found that the delayed bioactive expression did not produce apatite phase until one week of deposition, it was confirmed that the apatite phase is produced only two weeks of deposition.
비교예 3Comparative Example 3
세라믹 전구체(테트라에톡시실란) 46 g, 수용성 칼슘염(칼슘나이트레이트·테트라하이드레이트) 8 g, 에탄올 10 g, 증류수 5 g, 1 M 농도의 염산수용액 11 g을 차례로 혼합한 후 30 분간 반응시키고, 이를 다시 실시예 1에 따라 제조된 실란 커플링된 폴리카프로락톤 69 g이 테트라하이드로푸란 274 g에 용해된 용액 속에 첨가하여 1 시간 동안 반응시킨 후, 캐스팅 하여 필름 형태의 성형체를 제조하였다.46 g of a ceramic precursor (tetraethoxysilane), 8 g of water-soluble calcium salt (calcium nitrate, tetrahydrate), 10 g of ethanol, 5 g of distilled water, and 11 g of an aqueous hydrochloric acid solution of 1 M concentration were mixed in order, followed by reaction for 30 minutes. In addition, 69 g of the silane-coupled polycaprolactone prepared according to Example 1 was added to a solution dissolved in 274 g of tetrahydrofuran, reacted for 1 hour, and then cast to prepare a molded product in the form of a film.
상기 제조된 폴리카프로락톤/실리카 복합체를 의사체액 중에 1 주일간 침적시킨 후 표면에 생성된 결정상을 주사현미경 사진으로 관찰하였으며, 그 결과를 도 11에 나타내었다. 도 11에 나타난 바와 같이, 상기 폴리카프로락톤/실리카 복합체는 표면에 아파타이트 층이 생성되었으나, 복합체 표면과의 결합력이 약하여 건조 중 아파타이트 층의 박리 현상이 확인되었다. 또한 도 12에서와 같이 실리콘 이온 이 2.5 mM까지 용출되었다.The prepared polycaprolactone / silica complex was immersed in the body fluid for 1 week, and then the crystalline phase formed on the surface was observed by scanning micrograph, and the result is shown in FIG. 11. As shown in FIG. 11, the polycaprolactone / silica composite had an apatite layer formed on its surface. However, the adhesion of the polycaprolactone / silica composite to the surface of the composite was weak, resulting in the peeling of the apatite layer during drying. In addition, as shown in FIG. 12, silicon ions were eluted up to 2.5 mM.
비교예 4Comparative Example 4
테트라에틸올쏘실리케이트 7 g, 칼슘나이트레이트·테트라하이드레이트 1.5 g, 1 몰 염산 수용액 0.3 g, 증류수 2 g, 에탄올 1.5 g을 첨가하여 5 분간 반응시키고, 이를 다시 실시예 8에서 제조된 프탈릭안하이드라이드와 이소시아네이토프로필트리에톡시실란과 반응된 키토산 분말 10 g이 디메틸포름아마이드 50 g 중에 용해된 용액 속에 첨가하여 1 시간을 반응시킨 후, 캐스팅 하여 필름 형태의 성형체를 제조하였다.7 g of tetraethylolsosilicate, 1.5 g of calcium nitrate tetrahydrate, 0.3 g of an aqueous 1 mole hydrochloric acid solution, 2 g of distilled water, and 1.5 g of ethanol were added thereto, followed by reaction for 5 minutes, and the phthalic anhydride prepared in Example 8 was again prepared. 10 g of chitosan powder reacted with a lide and isocyanatopropyltriethoxysilane were added to a solution dissolved in 50 g of dimethylformamide, and then reacted for 1 hour, followed by casting to prepare a molded product in the form of a film.
상기 제조된 키토산/실리카 복합체를 의사체액 중에 1 주일간 침적시킨 후 표면에 생성된 결정상을 주사현미경 사진으로 관찰하였으며, 그 결과를 도 13에 나타내었다. 도 13에 나타난 바와 같이, 상기 키토산/실리카 복합체는 표면에 아파타이트 층이 생성되었으나, 복합체 표면과의 결합력이 약하여 건조 중 아파타이트 층의 박리 현상이 확인되었다.After the chitosan / silica complex prepared above was immersed in the body fluid for 1 week, the crystalline phase formed on the surface was observed by scanning micrograph, and the result is shown in FIG. 13. As shown in FIG. 13, the chitosan / silica composite had an apatite layer formed on its surface, but the bonding strength with the surface of the composite was weak so that the apatite layer was peeled off during drying.
전술한 실시예 및 비교예에 따라 제조한 고분자 하이브리드체의 특성을 다음과 같은 방법에 의해 평가하였다.The characteristics of the polymer hybrids prepared according to the above-described Examples and Comparative Examples were evaluated by the following method.
<하이브리드체의 생분해성 여부><Hybrid Biodegradability>
복합체의 생분해성은 pH 7.2의 인산염 완충용액(phosphate buffered saline) 30 mL 속에 1 g의 시편을 정량하여 침적시킨 후, 36.5 ℃의 인큐베이터에 넣고 1 주부터 4 주까지 매 일주간마다 각각의 시편을 꺼내어 진공오븐 중에서 완전히 건조시킨 후 무게감소를 관찰하여 확인하였다. 한 달간 침적 이후 무게감소가 5 % 이 상 발생하였을 경우에는 생분해성이 있음으로, 그렇지 않은 경우는 없음으로 판별하였다.The biodegradability of the complex was quantified and immersed in a 30 mL phosphate buffered saline (pH)
<실리콘 이온의 용출 여부><Elution of Silicon Ion>
고분자 하이브리드체를 의사체액 중에 침적한 후, 시간 별로 1 주일간에 걸쳐 실리콘 이온이 의사체액 중에 용출되었는가를 ICP-AES로 검출하여 실리콘 이온이 검출되지 않았으면 없음, 0.1 mM 이상 검출되면 있음으로 판별하였다.After immersing the polymer hybrid body in the pseudobody fluid, it was detected by ICP-AES whether silicon ions were eluted in the pseudobody fluid for 1 week every hour, and if no silicon ions were detected, it was determined that 0.1 mM or more were detected. .
<의사체액 중에서 복합체 표면에 아파타이트의 생성여부><Apatite formation on the surface of the complex in the pseudo-body fluid>
생체활성의 평가를 위해서 사람 혈청 중의 무기이온 농도와 유사한 이온의 농도를 갖는 의사체액[Journal of Noncrystalline Solids, 43권, 84∼92, 1992년]에 실시예 및 비교예의 복합체를 침적시킨 후, 36.5 ℃의 인큐베이터에서 1 ∼ 4 주간 유지하여 재료 표면에 저결정성 탄산 아파타이트가 형성되는가를 관찰하였다.For the evaluation of bioactivity, after depositing the complexes of Examples and Comparative Examples in a pseudo-body fluid [Journal of Noncrystalline Solids, Vol. 43, 84-92, 1992] having a concentration similar to that of inorganic ions in human serum, 36.5 It was kept for 1 to 4 weeks in an incubator at 占 폚 to observe whether low crystalline apatite was formed on the material surface.
<아파타이트 층이 고분자 하이브리드체의 표면에 형성되었을 때 균일 피복 정도>Uniformity of coating when the apatite layer is formed on the surface of the polymer hybrid body
아파타이트 층이 피복된 시편을 주사전자현미경을 사용하여 500배의 배율로 서로 다른 다섯 부위를 각각 찍은 후, 화상분석기를 이용하여 사진의 전체 면적 당 아파타이트가 피복된 면적이 80% 이상일 때를 아주 좋음, 80 ∼ 60%일 때를 좋음, 60 ∼ 40%일 때를 보통, 40% 이하일 때를 나쁨으로 등급 지었으며, 아파타이트가 발생하지 않은 경우는 평가대상에서 제외하였다.The specimens coated with the apatite layer were taken at five times magnification using a scanning electron microscope, respectively, and then the image analyzer was used when the apatite-coated area per the total area of the photo was 80% or more. In general, when 80 to 60% was good, when it was 60 to 40%, and when it was 40% or less, it was rated as bad. When apatite did not occur, it was excluded from evaluation.
<아파타이트층의 생성속도><Generation rate of apatite layer>
의사체액 중에서 시편 표면에 형성된 아파타이트 층의 생성속도는 3 일 이내에 아파타이트 층이 완전히 피복 되었을 때 빠름, 1 주일 내에 피복 시 보통, 1 주 일 이상 2 주일 이내 생성 시 느림, 4 주 이상 소요 시 생성 안 됨으로 분류하였다.The rate of formation of the apatite layer formed on the specimen surface in the body fluid is rapid when the apatite layer is completely coated within 3 days, usually when coated within 1 week, slow when produced within 1 week or more, and less than 4 weeks Classified as.
<시편 표면에 형성된 아파타이트 층의 결합력 평가><Evaluation of Adhesion of Apatite Layer Formed on Specimen Surface>
의사체액 중에서 시편 표면에 형성된 아파타이트 층과 시편과의 결합력 평가는 의사체액 중에 시편을 침적 시킨 후 실온 중에서 완전히 건조 시키고 이의 표면을 주사전자현미경을 이용하여 관찰하여 생성된 아파타이트 층과 시편 표면과의 박리가 발생하지 않았을 경우 강함, 박리가 발생하였을 경우 약함으로 분류하였다.Evaluation of the binding force between the apatite layer and the specimen formed on the specimen surface in the pseudo-body fluid was carried out by immersing the specimen in the pseudo-body fluid and completely drying it at room temperature, and observing the surface of the specimen by scanning electron microscopy. It was classified as strong when not generated and weak when peeling occurred.
<체내에서 골과의 직접적인 결합 여부 평가-근위부 경골 모델><Assessment of Direct Binding with Bone in the Body-Proximal Tibia Model>
체내에서 시편 표면과 골이 중간에 섬유성 조직의 발생 없이 직접적인 결합을 이루는 가를 평가하기 위하여, 가토의 근위부 경골 결손 모델을 이용하여 3.2 ㎜의 구멍을 뚫어 관통 후 실시예 1에서 제조한 원기둥 모양의 시편을 매립 후 8주 후 조직학적 소견으로 판명하였다.In order to evaluate whether the surface of the specimen and the bone form a direct bond without the occurrence of fibrous tissue in the body, the cylindrical shape of the cylindrical shape prepared in Example 1 was made after perforating a 3.2 mm hole using a proximal tibia defect model of rabbit. The specimens were found to be histologically 8 weeks after embedding.
<체내에서 골과의 직접적인 결합 여부 평가-두개골 모델><Assessment of Direct Binding with Bone in the Body-Skull Model>
체내에서 시편 표면과 골이 중간에 섬유성 조직의 발생 없이 직접적인 결합을 이루는 가를 평가하기 위하여, 가토의 두개골에 8 ㎜의 구멍을 뚫은 후 실시예 15에서 제조한 다공체를 매립 후 4주, 8주, 12주 후 조직학적 소견으로 판명하였다.In order to evaluate whether the specimen surface and bone form a direct bond in the body without generating fibrous tissue in the middle, 4 mm and 8 weeks after embedding the porous body prepared in Example 15 after drilling 8 mm holes in the skull of the rabbit After 12 weeks, it was confirmed by histological findings.
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 ∼ 9 고분자 하이브리드 성형체는 사용되는 고분자에 의해 생분해 속도를 결정할 수 있으며, 생체활성이 우수하게 발현되어 하이브리드체의 표면에 저결정성 탄산 아파타이트가 균일하게 생성되었음을 확인 할 수 있었다(도 3 참조). 또한, 본 발명의 실시예 1에서 제조된 시편을 의사체액 중에 침적한 후 표면에 생성된 결정성상을 FT-IR로 시험한 결과인 도 4에서도, 생성된 결정상이 아파타이트임을 증명할 수 있는 포스페이트기(도 4 중 H로 표시)가 1033, 962, 603, 563, 472 cm-1에서 각각 관찰되었고 탄산 아파타이트임을 증명할 수 있는 탄산기(도 4 중 CO3로 표시)가 1458, 1420, 874 cm-1에서 확인되었다.As shown in Table 1, Examples 1 to 9 polymer hybrid molded body according to the present invention can determine the biodegradation rate by the polymer used, excellent bioactivity is expressed low crystalline apatite carbonate on the surface of the hybrid body It was confirmed that the uniformly generated (see Figure 3). In addition, in Fig. 4, the result of testing the crystalline phase formed on the surface after immersing the specimen prepared in Example 1 in the pseudo-body fluid by FT-IR, a phosphate group that can prove that the resulting crystal phase is apatite ( 4 is shown at 1033, 962, 603, 563, 472 cm -1 , respectively, and the carbonic acid group (denoted as CO 3 in FIG. 4) is 1458, 1420, 874 cm -1 which can be proved to be apatite carbonate. Confirmed in.
한편, 본 발명의 실시예 1에서 제조된 시편을 의사체액 중에 침적한 후 표면에 생성된 결정상을 박막 XRD로 시험한 결과인 도 5에서도, 저결정 형태인 아파타 이트 상(도 5 중 ●로 표시)의 발생이 확인되었다. 또한, 본 발명의 실시예 1에서 제조된 시편은 도 6에서와 같이 그 기계적 물성이 인간의 해면골의 값과 유사하며 신장률이 290%로서 성형성이 뛰어난 것을 알 수 있으며, 도 7과 같이 의사체액 중에서도 실리콘 이온이 전혀 용출되지 않아 안전성이 뛰어남을 확인하였다.On the other hand, after the specimen prepared in Example 1 of the present invention was deposited in the pseudo-body fluid, the crystal phase produced on the surface was tested with a thin film XRD, also in FIG. Occurrence) was confirmed. In addition, the specimen prepared in Example 1 of the present invention, as shown in Figure 6, its mechanical properties are similar to the value of human sponges, elongation is 290% can be seen that the excellent moldability, as shown in Figure 7 Among them, it was confirmed that the silicon ions were not eluted at all, and thus the safety was excellent.
그러나, 커플링제를 사용하지 않은 비교예 1의 고분자 필름은 도 9와 같이 표면에 저결정성 탄산 아파타이트가 전혀 발생하지 않음을 알 수 있었다. 수용성 칼슘염을 사용하지 않은 비교예 2의 하이브리드체는 도 10b에서와 같이 생체활성이 발현이 지연되어 의사체액에서 침적 2주가 지난 후 아파타이트 층이 형성되었다. 세라믹 전구체를 첨가한 비교예 3과 4는 실시예 1과 유사하게 아파타이트의 생성속도도 빨랐으나 도 11과 13에서 보는 바와 같이 건조 시 아파타이트 층이 시편 표면에서 분리되어 생성된 아파타이트 층의 결합력이 약한 것을 확인할 수 있었으며 실리콘 이온의 용출양도 커서 의사체액 중에 침적 1 주일 내에 2 mM의 실리콘 이온이 용출되었으며 4 주 내에는 그 용출양이 2.5 mM까지 증가하였다.However, in the polymer film of Comparative Example 1 without using the coupling agent, it was found that no low-crystalline apatite carbonate was generated on the surface as shown in FIG. 9. In the hybrid body of Comparative Example 2 without using the water-soluble calcium salt, as shown in FIG. 10B, the expression of bioactivity was delayed, and thus, the apatite layer was formed after two weeks of deposition in the pseudo-body fluid. Comparative Examples 3 and 4, in which the ceramic precursor was added, had a rapid formation rate of apatite similarly to Example 1, but as shown in FIGS. 11 and 13, when the apatite layer was separated from the surface of the specimen, the bonding strength of the resulting apatite layer was weak. The dissolution amount of silicon ions was so large that 2 mM of silicon ions were eluted within one week of deposition in the physiological fluids, and the dissolution amount increased to 2.5 mM within 4 weeks.
실시예 1에 의해 제조한 원기둥 모양의 시편을 가토의 경골 원위부에 직경 3.2 mm의 크기로 구멍을 관통한 후 시편을 매립하여 8주가 경과한 후 조직사진을 보았을 때, 도 14 (a)에서 보는 것과 같이 시편 주위에 붉은 색으로 신생골이 둘러싼 것을 알 수 있으며, 도 14 (b)에서와 같이 (a)의 사진을 확대하여 보았을 때 새로 생성된 신생골 주위는 골아세포가 줄지어 위치하고 있어 계속하여 신생골을 형성하고 있는 것을 확인하였다. 이 결과 본 발명에서 개발된 소재는 섬유성 조직의 형성이 없이 체내에서 뼈를 표면에 잘 생성하는 것을 확인하였다.When the cylindrical specimen prepared in Example 1 penetrated the distal portion of the tibial shaft through a hole having a diameter of 3.2 mm, the specimen was embedded, and after eight weeks, the tissue photograph was viewed. It can be seen that the new bone is surrounded in red around the specimen as shown, as shown in Figure 14 (b) when the magnified photo of (a) newly created around the new bone is lined with osteoblasts are continuously lined with new bone It confirmed that it forms. As a result, it was confirmed that the material developed in the present invention generates bones on the surface well in the body without the formation of fibrous tissue.
다른 부위에서 뼈가 생성되는 가를 확인하기 위하여 실시예 9에 의해 제조한 시편을 가토의 두개골 부위에 직경 8 ㎜의 크기로 구멍을 뚫은 후 매립하여 4주, 8주, 12주가 경과한 후 조직사진을 보았을 때, 도 15에서와 같이 다공체 주위에 진한 회색으로 나타나는 뼈가 염증반응이나 섬유성 조직이 없이 잘 결합된 것을 확인하여 본 기술에서 개발한 소재가 골 대체재로서 유효한 것을 확인하였다.In order to check whether bones are formed at other sites, the specimen prepared according to Example 9 was drilled into holes of 8 mm in diameter in the skull area of the rabbit, and then embedded in the tissue, after 4, 8, and 12 weeks. When looking at, as shown in FIG. 15, the bones appearing in dark gray around the porous body were confirmed to be well bonded without inflammatory reactions or fibrous tissues, and thus the material developed in the present technology was confirmed to be effective as a bone substitute.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 따르면 빠르고 용이하게 생체활성을 갖는 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체를 제조할 수 있다.As described above, according to the production method of the present invention, it is possible to prepare a biodegradable polymer-siloxane hybrid having quick and easy bioactivity.
또한, 본 발명의 생분해성 고분자-실록세인 하이브리드체는 금속재료 또는 세라믹 재료와는 달리 탄성율이 적절하여 골 흡수 현상이 발생하는 것을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 무기물이 용출되지 않아 염증반응 및 아파타이트층이 박리되는 문제를 방지할 수 있다. 더불어, 표면에 저결정성 탄산 아파타이트층이 스스로 생성되어 주위의 자연 골조직과 강한 결합을 이루므로 결 결손의 치유 시간을 단축시킬 수 있으며, 소정기간이 흐르면 생분해성이 발현되어 분해됨으로서 자가골로 완전히 치환이 가능하다.In addition, unlike the metal material or ceramic material, the biodegradable polymer-siloxane hybrid body of the present invention can not only suppress the bone absorption phenomenon due to the proper elastic modulus, but also do not dissolve inorganic substances, so that the inflammatory reaction and the apatite layer The problem of peeling can be prevented. In addition, the low-crystalline carbonate apatite layer is formed on its surface to form a strong bond with the surrounding natural bone tissue, which can shorten the healing time of defects. This is possible.
또한, 본 발명에 따른 고분자 하이브리드체는 우수한 성형성과 가공성을 갖고 있어 수술장에서 칼이나 가위로 쉽게 원하는 모양으로 가공이 가능하며, 골 대체재, 피질골판재, 골 조직 재생용 차폐막, 해면골 충진재, 골 고정용 볼트, 너트, 플레이트, 핀, 및 봉합사 등의 다양한 용도로 활용될 수 잇으며 조직공학을 이용한 골 또는 연골 대체재의 제조시, 스캐폴드로의 사용도 가능하다.In addition, the polymer hybrid body according to the present invention has excellent moldability and processability, can be easily processed into a desired shape with a knife or scissors at the operating room, bone substitutes, cortical cardboard, bone tissue regeneration shield, sponge bone filling material, bone fixation It can be used for various purposes such as bolts, nuts, plates, pins, and sutures, and can also be used as a scaffold when manufacturing bone or cartilage substitutes using tissue engineering.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040049126A KR20060000320A (en) | 2004-06-28 | 2004-06-28 | Bioactive and degradable polymer-siloxane hybrid and the preparation method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040049126A KR20060000320A (en) | 2004-06-28 | 2004-06-28 | Bioactive and degradable polymer-siloxane hybrid and the preparation method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20060000320A true KR20060000320A (en) | 2006-01-06 |
Family
ID=37103634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020040049126A KR20060000320A (en) | 2004-06-28 | 2004-06-28 | Bioactive and degradable polymer-siloxane hybrid and the preparation method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20060000320A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113813930A (en) * | 2021-10-22 | 2021-12-21 | 福州大学 | Modified biomass-based composite adsorption material for treating radioactive pollutants |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100241808B1 (en) * | 1997-11-21 | 2000-02-01 | 김효근 | Process for preparing dressing for wound-treatment using sol-gel precursor |
| EP1044694A1 (en) * | 1998-09-06 | 2000-10-18 | Japan Science and Technology Corporation | Polymeric material for artificial bone |
| JP2002325833A (en) * | 2001-05-02 | 2002-11-12 | Japan Science & Technology Corp | Bioactive inorganic/organic hybrid material |
-
2004
- 2004-06-28 KR KR1020040049126A patent/KR20060000320A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100241808B1 (en) * | 1997-11-21 | 2000-02-01 | 김효근 | Process for preparing dressing for wound-treatment using sol-gel precursor |
| EP1044694A1 (en) * | 1998-09-06 | 2000-10-18 | Japan Science and Technology Corporation | Polymeric material for artificial bone |
| JP2002325833A (en) * | 2001-05-02 | 2002-11-12 | Japan Science & Technology Corp | Bioactive inorganic/organic hybrid material |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113813930A (en) * | 2021-10-22 | 2021-12-21 | 福州大学 | Modified biomass-based composite adsorption material for treating radioactive pollutants |
| CN113813930B (en) * | 2021-10-22 | 2023-10-27 | 福州大学 | Modified biomass-based composite adsorption material for treating radioactive pollutants |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Murphy et al. | Growth of continuous bonelike mineral within porous poly (lactide‐co‐glycolide) scaffolds in vitro | |
| Lee et al. | Membrane of hybrid chitosan–silica xerogel for guided bone regeneration | |
| Liu et al. | Surface modification of bioactive glass nanoparticles and the mechanical and biological properties of poly (L-lactide) composites | |
| Rodenas-Rochina et al. | Effects of hydroxyapatite filler on long-term hydrolytic degradation of PLLA/PCL porous scaffolds | |
| El-Fiqi et al. | Novel bone-mimetic nanohydroxyapatite/collagen porous scaffolds biomimetically mineralized from surface silanized mesoporous nanobioglass/collagen hybrid scaffold: Physicochemical, mechanical and in vivo evaluations | |
| JP2010537763A (en) | Bioactive nanocomposite material | |
| Lebourg et al. | Hybrid structure in PCL-HAp scaffold resulting from biomimetic apatite growth | |
| US20100178278A1 (en) | Formable bioceramics | |
| Daraei | Production and characterization of PCL (Polycaprolactone) coated TCP/nanoBG composite scaffolds by sponge foam method for orthopedic applications | |
| EP1572258A1 (en) | Organic-inorganic nanocomposite coatings for implant materials and methods of preparation thereof | |
| Koh et al. | Modification of polyglutamic acid with silanol groups and calcium salts to induce calcification in a simulated body fluid | |
| Du et al. | Surface polydopamine modification of bone defect repair materials: Characteristics and applications | |
| JP5578499B2 (en) | Calcium phosphate / biodegradable polymer hybrid material, its production method and implant using the hybrid material | |
| JP2008142379A (en) | Biological material and method for producing biological material | |
| Zhou et al. | Bioactivity of bioresorbable composite based on bioactive glass and poly-L-lactide | |
| Mohandesnezhad et al. | 3D-printed bioactive Chitosan/Alginate/Hardystonite scaffold for bone tissue engineering: Synthesis and characterization | |
| Ohtsuki et al. | Design of novel bioactive materials through organic modification of calcium silicate | |
| Gritsch et al. | Bioactive glass-based organic/inorganic hybrids: an analysis of the current trends in polymer design and selection | |
| Rhee et al. | Effect of acidic degradation products of poly (lactic‐co‐glycolic) acid on the apatite‐forming ability of poly (lactic‐co‐glycolic) acid‐siloxane nanohybrid material | |
| CN110869065B (en) | Connective tissue, such as bone, dentin or pulp regeneration material, comprising calcium silicate | |
| KR20060000320A (en) | Bioactive and degradable polymer-siloxane hybrid and the preparation method thereof | |
| KR100890935B1 (en) | Bioactive composition using peek and cao-sio2 for artificial bone and method for manufacture thereof | |
| Paluszkiewicz et al. | Bioactivity of a chitosan based nanocomposite | |
| Lin et al. | Enhancing bone regeneration with bionic hydrolysis and biomimetic polydopamine coating on 3D-printed PCL scaffolds: a comparative study | |
| Qi et al. | The effect of ethenyltrimethoxysilane modification of nano bioactive glass on the physiochemical and mechanical properties and in vitro bioactivity of poly (lactide-co-glycolide)/poly (trimethylene carbonate) composite |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |