KR20180055960A - A core-shell structured scaffold for hard tissue regeneration with two crystalline phase and preparing method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a core-shell structured scaffold for hard tissue regeneration with s two crystalline phase and to a preparing method thereof. The core-shell structured scaffold for hard tissue regeneration with s two crystalline phase according to the present invention includes a core which is an apatide base and a shell which is a brushite base, thereby not only having mechanical properties as a support, but also having biodegradability to have a remarkably elevated function required for hard tissue regeneration. Additionally, the preparing method of the core-shell structured scaffold for hard tissue regeneration can be performed at room temperature.

Description

이종 결정상을 갖는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체 및 이의 제조방법{A core-shell structured scaffold for hard tissue regeneration with two crystalline phase and preparing method thereof}Technical Field [0001] The present invention relates to a core-shell structured scaffold for hard tissue regeneration with two crystalline phases and a method for preparing the same,

본 발명은 이종 결정상을 갖는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a core-shell structure hard tissue regeneration support having a heterogeneous crystal phase and a method for producing the same.

조직공학은 생명과학과 공학의 원리를 활용하여 조직의 기능을 복원, 유지, 혹은 향상시키는 생물학적 제품을 개발하려는 분야로 조직공학을 이루는 주요 3 요소인 세포, 지지체 및 생체활성분자중 지지체는 구성재료의 선택과 구조제어 기술이 매우 중요하다. Tissue engineering is a field to develop biological products that utilize the principles of life sciences and engineering to restore, maintain, or improve the function of an organization. The main three components of tissue engineering, cell, support, and bioactive molecules, Selection and structural control techniques are very important.

즉 지지체는 자가복구기능을 통해 손실한 조직을 재생 시키기 위하여 조직과 조직을 이어주는 다리역할을 하며, 이를 위하여 조직재생이 원활히 이루어지도록 세포친화성이 뛰어나야 한다. 또한 조직의 재생속도에 맞추어 분해되어 없어지는 생분해성과 재생되는 동안 형태를 유지시켜줄 기계적강도를 가져야 하며, 생체안전성이 뛰어나야 한다.In other words, the support plays a role of connecting the tissue to the tissue in order to regenerate the lost tissue through the self restoration function, and the cell affinity should be excellent so that the tissue regeneration can be smoothly performed. In addition, it should have biodegradability which disintegrates and disappears according to the regeneration speed of tissue, mechanical strength to maintain shape during regeneration, and excellent biostability.

일반적으로, 지지체 재료로써 고분자가 많이 이용되고 있으나, 경조직 재생에 있어서 고분자는 지지체에 요구되는 적절한 기계적 강도를 얻기 어렵고 생분해성이나 생체활성 및 골 친화성에 있어서도 해결해야 할 문제점이 다수 지적되고 있다. 한편, 뼈조직은 질량의 약 70%가 하이드록시카보네이트 아파타이트계의 무기질, 즉 세라믹으로 구성되어 있다. 세라믹은 생체활성이나 골 친화성에 있어서 고분자에 비하여 우수한 특성을 나타내고 있어 생체 뼈 구조를 모방한 생체세라믹 지지체 개발 또한 다수 연구가 진행되고 있다. 특히 생체세라믹 중 인산칼슘은 뼈의 광물상(mineral phase)과의 화학적 유사성으로 인하여 대표적인 뼈조직 재생유도용 재료로 가장 많이 연구되고 있다(특허문헌 1).Generally, a large amount of polymer is used as a support material. However, in hard tissue regeneration, it is difficult to obtain a proper mechanical strength required for a support, and many problems to be solved in biodegradability, bioactivity and bone affinity are pointed out. On the other hand, about 70% of the bone tissue is composed of hydroxycarbonate apatite-based inorganic substance, that is, ceramic. Ceramics exhibit superior properties to polymers in terms of bioactivity and bone affinity, and many studies have been conducted to develop a bioceramic scaffold that imitates a living bone structure. Particularly, calcium phosphate in bioceramics is most studied as a typical bone tissue regeneration material due to chemical similarity with the mineral phase of bone (Patent Document 1).

한편, 인산칼슘계 물질은 시멘트화 반응에 따라 크게 PH 4.2 이상에서 수화반응을 일으키는 아파타이트계와 PH 4.2 이하에서 산-염기 반응을 일으키는 부르사이트계로 구분된다. 특히, α-TCP(α-Tricalcium phosphate)는 반응 후 아파타이트계로 상전이를 일으키고, β-TCP(β-Tricalcium phosphate)는 반응 후 부르타이트계로 상전이를 일으킨다. 상전이 후의 인산칼슘시멘트의 기계적 물성은 아파타이트계가 우수하며 생분해성은 부르사이트계가 높은 편이다.On the other hand, calcium phosphate-based materials are classified into apatites, which cause hydration reaction at pH 4.2 or higher, and biliaryite, which causes acid-base reactions at pH 4.2 or lower, depending on the cementation reaction. In particular, α-TCP (α-Tricalcium phosphate) causes phase transition to the apatite system after the reaction, and β-TCP (β-Tricalcium phosphate) causes the phase transition to the boutite system after the reaction. The mechanical properties of calcium phosphate cement after phase transformation are excellent in apatite and biosynthetic bursite system.

본 발명자는 지지체로서 요구되는 기계적 물성을 확보함과 동시에 시간이 경과함에 따라 생분해가 유도되어 골 재생 효율을 극대화할 수 있는 경조직 재생용 지지체를 개발하기 위하여 노력하던 중, α-TCP를 포함하는 성형체를 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)을 포함하는 경화액에 침지하고 반응시킬 경우, 코어(Core)에는 칼슘결핍 하이드록시아파타이트(calcium deficient hydroxyapatite, CDHA), 쉘(Shell)에는 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(dicalcium phosphate dihydrate, DCPD)가 형성된 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체를 제조한 후,The present inventors have made efforts to develop a hard tissue regenerative support capable of securing the mechanical properties required as a support and inducing biodegradation over time to maximize bone regeneration efficiency, Is immersed in a curing solution containing monocalcium phosphates monohydrate (MCPM) and reacted with calcium deficient hydroxyapatite (CDHA) in the core and dicalcium phosphate (CDHA) in the shell. dihydrate, DCPD) on the surface of the core-shell structure,

본 발명에 따른 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체가 지지체로서 요구되는 기계적 물성이 확보됨과 동시에 시간이 경과함에 따라 생분해가 유도되어 골 재생 효율을 극대화할 수 있음을 실험을 통해 입증하고 본 발명을 완성하였다.It has been proved through experiments that it is possible to maximize the bone regeneration efficiency by inducing biodegradation with the lapse of time as well as securing the mechanical properties required as the support of the core-shell structure hard tissue regeneration support according to the present invention. Respectively.

대한민국 등록특허공보 제10-1627184호Korean Registered Patent No. 10-1627184

본 발명의 목적은 이종 결정상을 갖는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a core-shell structure hard tissue regeneration support having a heterogeneous crystal phase.

본 발명의 다른 목적은 이종 결정상을 갖는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a core-shell structure hard tissue regeneration support having a heterogeneous crystal phase.

상기 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above object,

본 발명은 칼슘결핍 하이드록시아파타이트(calcium deficient hydroxyapatite, CDHA)를 포함하는 코어(Core); 및The present invention relates to a core comprising calcium deficient hydroxyapatite (CDHA); And

상기 코어 표면에 구비되어 상기 코어를 둘러싸는 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(dicalcium phosphate dihydrate, DCPD)를 포함하는 쉘(Shell);을 포함하는, 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체를 제공한다.And a shell provided on the core surface and including dicalcium phosphate dihydrate (DCPD) surrounding the core. The present invention also provides a support for core-shell structure hard tissue regeneration.

또한,α-TCP(α-Tricalcium phosphate)를 포함하는 페이스트를 준비하는 단계(단계 1);Also, preparing a paste containing? -Thermalcium phosphate (? -TCP) (step 1);

상기 단계 1에서 준비한 페이스트를 성형하여 성형체를 얻는 단계(단계 2); 및A step of molding the paste prepared in the step 1 to obtain a molded body (step 2); And

상기 단계 2에서 얻은 성형체를, MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)을 포함하는 경화액에 침지하여 시멘트 반응을 유도하는 단계(단계 3);를 포함하는 상기 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법을 제공한다.Immersing the molded body obtained in step 2 in a curing liquid containing monoclonal phosphates monohydrate (MCPM) to induce a cement reaction (step 3); and do.

본 발명에 따른 이종 결정상을 갖는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체는 코어는 아파타이트계로 쉘은 부르타이트계로 구성되어 있어, 지지체로서의 기계적 물성을 가질 뿐만 아니라 생분해성 또한 가지고 있어 경조직 재생에 필요한 기능이 현저히 상승된 효과를 갖는다. 또한, 제조방법에 있어 상온에서 수행될 수 있다는 장점을 갖는다.The support for core-shell structure hard tissue regeneration having a heterogeneous crystal phase according to the present invention is characterized in that the core is composed of an apatite system and the shell is composed of a buttite system and has not only mechanical properties as a support but also biodegradability, It has an increased effect. It also has the advantage that it can be carried out at room temperature in the production process.

도 1은 2종의 결정상을 갖는 코어-쉘 구조를 나타내는 것이다.
도 2는 α-TCP를 MCPM(0.05M)에 침지시킨 후 시간에 따른 상 변화를 관찰한 결과이다.
도 3은 α-TCP를 MCPM에 침지시켰을 때 시간에 따른 반응식을 도식화한 것이다.
도 4는 α-TCP를 MCPM(0.1M)에 침지시킨 후 시간에 따른 상 변화를 관찰한 결과이다.
도 5는 실시예 1에서 제조된 지지체를 이루는 기둥의 단면을 SEM(scanning electron microscope) 및 EDX(Energy-dispersive X-ray spectroscopy)를 통해 관찰 및 분석한 결과이다.
도 6은 비교예 1에서 제조한 지지체와 실시예 1에서 제조한 지지체의 형상을 비교한 결과이다.
도 7은 비교예 1에서 제조한 지지체와 실시예 1 및 2에서 제조한 지지체의 성분 및 구조를 비교한 결과이다.
도 8은 MCPM 농도에 따른 지지체의 구조를 비교한 결과이다.
도 9는 PBS용액을 사용한 지지체와 MCPM용액(0.05M)을 사용한 지지체의 기계적 물성을 비교한 결과이다.
도 10은 PBS용액을 사용한 지지체와 MCPM용액을 사용한 지지체의 생분해성 비교한 결과이다.
도 11은 2종 결정상의 코어-쉘 구조 형성 제법의 유의성 평가를 위해 실시예 1과, 비교예 2 및 비교예 3의 구조를 분석한 것이다.Fig. 1 shows a core-shell structure having two kinds of crystal phases.
FIG. 2 shows the result of observing phase change with time after immersing α-TCP in MCPM (0.05M).
FIG. 3 is a graphical representation of reaction schemes over time when? -TCP is immersed in MCPM.
FIG. 4 shows the result of observing a phase change with time after immersing α-TCP in MCPM (0.1 M).
FIG. 5 shows the results of observation and analysis of cross sections of pillars constituting the support prepared in Example 1 through scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX).
Fig. 6 shows the results of comparing the shapes of the support prepared in Comparative Example 1 and the support prepared in Example 1. Fig.
7 shows the results of comparison of the components and structures of the support prepared in Comparative Example 1 and the support prepared in Examples 1 and 2. Fig.
FIG. 8 shows the result of comparing the structure of the support according to the MCPM concentration.
9 shows the results of comparing mechanical properties of a support using a PBS solution and a support using an MCPM solution (0.05M).
10 shows the result of comparing the biodegradability of the support using the PBS solution and the MCPM solution.
Fig. 11 is a graph showing the structures of Example 1, Comparative Example 2 and Comparative Example 3 for the significance evaluation of the core-shell structure forming method on the type II crystal.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 칼슘결핍 하이드록시아파타이트(calcium deficient hydroxyapatite, CDHA)를 포함하는 코어(Core); 및The present invention relates to a core comprising calcium deficient hydroxyapatite (CDHA); And

상기 코어 표면에 구비되어 상기 코어를 둘러싸는 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(dicalcium phosphate dihydrate, DCPD)를 포함하는 쉘(Shell);을 포함하는, 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체를 제공한다.And a shell provided on the core surface and including dicalcium phosphate dihydrate (DCPD) surrounding the core. The present invention also provides a support for core-shell structure hard tissue regeneration.

여기서, 상기 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(DCPD)는, 상기 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체가 생체 내에 적용될 때 조직 재생을 유도하기에 적절한 생분해성을 확보할 수 있는 정도로 포함되는 것이 바람직하다.It is preferable that the above-mentioned di-calcium phosphate dihydrate (DCPD) is contained to such an extent as to ensure biodegradability suitable for inducing tissue regeneration when the core-shell structure hard tissue regenerative support is applied in vivo.

보다 구체적으로, 상기 DCPD는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체 100 부피%에 대하여 1 내지 20 부피%일 수 있고, 더욱 바람직하게는 2 내지 15 부피%일 수 있고, 더욱더 바람직하게는 3 내지 10 부피%일 수 있고, 가장 바람직하게는 4 내지 6 부피%일 수 있다.More specifically, the DCPD can be from 1 to 20% by volume, more preferably from 2 to 15% by volume, and even more preferably from 3 to 10% by volume, based on 100% by volume of the core- %, And most preferably from 4 to 6% by volume.

여기서, 상기 DCPD의 부피%가 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체 100 부피%에 대하여 1 부피% 미만일 경우 본 발명에 따른 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체가 생체 내에 적용될 때 생분해가 발생하지 않아 조직 재생이 용이하게 유도되지 못하는 문제가 있고, 상기 DCPD의 부피%가 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체 100 부피%에 대하여 20 부피% 초과일 경우 빠른 생분해성으로 인해 지지체간의 분리가 발생하며 기계적 물성이 현저히 저하되는 문제가 있다.When the volume percentage of the DCPD is less than 1% by volume based on 100% by volume of the core-shell structure hard tissue regenerable support, biodegradation does not occur when the core-shell structure hard tissue regenerating support according to the present invention is applied in vivo, And when the volume percentage of the DCPD is more than 20% by volume based on 100% by volume of the core-shell structure hard tissue regenerable support, separation between the supports occurs due to rapid biodegradation, and mechanical properties are significantly There is a problem of deterioration.

또한, 상기 DCPD의 부피%는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체를 제조할 때 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)의 농도를 조절함으로써 제어할 수 있다. The volume percentage of the DCPD can be controlled by controlling the concentration of monocalcium phosphates monohydrate (MCPM) when preparing the core-shell structure hard tissue regeneration support.

나아가, 상기 칼슘결핍 하이드록시아파타이트(CDHA)는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체 100 부피%에 대하여 상기 DCPD의 부피%를 제외한 잔부로서 존재한다.Further, the calcium deficient hydroxyapatite (CDHA) is present as a remainder excluding 100 vol% of the DCPD relative to 100 vol% of the core-shell structure hard tissue regenerable support.

또한, 상기 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체는In addition, the core-shell structure hard tissue regeneration support

α-TCP(α-Tricalcium phosphate)성형체를 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)에 침지하여 경화를 통해 제조될 수 있다.The α-TCP (α-Tricalcium phosphate) shaped body can be manufactured by curing by immersing it in MCPM (monocalcium phosphates monohydrate).

상기 칼슘결핍 하이드록시아파타이트(calcium deficient hydroxyapatite, CDHA)는, 상기 α-TCP(α-Tricalcium phosphate)의 수화반응을 통해 형성될 수 있으며, 상기 칼슘 포스페이트 디하이드레이트(dicalcium phosphate dihydrate, DCPD)는 α-TCP(α-Tricalcium phosphate) 성형체 표면과 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)의 반응을 통해 제조될 수 있다.The calcium deficient hydroxyapatite (CDHA) may be formed through the hydration reaction of α-TCP (α-Tricalcium phosphate), and the calcium phosphate dihydrate (DCPD) Can be prepared through the reaction of TCP (α-Tricalcium phosphate) shaped body surface with monocalcium phosphates monohydrate (MCPM).

나아가, 본 발명은 α-TCP(α-Tricalcium phosphate)를 포함하는 페이스트를 준비하는 단계(단계 1);Further, the present invention relates to a method for preparing a paste comprising α-TCP (α-Tricalcium phosphate) (Step 1);

상기 단계 1에서 준비한 페이스트를 성형하여 성형체를 얻는 단계(단계 2); 및A step of molding the paste prepared in the step 1 to obtain a molded body (step 2); And

상기 단계 2에서 얻은 성형체를, MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)을 포함하는 경화액에 침지하여 시멘트 반응을 유도하는 단계(단계 3);를 포함하는 상기 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법을 제공한다.Immersing the molded body obtained in step 2 in a curing liquid containing monoclonal phosphates monohydrate (MCPM) to induce a cement reaction (step 3); and do.

상기 제조방법은 10℃ 내지 50℃ 온도범위에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 15℃ 내지 45℃ 온도범위에서 수행될 수 있고, 더욱 바람직하게는 30℃ 내지 40℃ 온도범위에서 수행될 수 있고, 가장 바람직하게는 37℃에서 수행될 수 있다.The above production process can be carried out at a temperature range of 10 ° C to 50 ° C, preferably at a temperature range of 15 ° C to 45 ° C, more preferably at a temperature range of 30 ° C to 40 ° C, Most preferably at < RTI ID = 0.0 > 37 C. < / RTI >

이하, 본 발명에 따른 상기 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법을 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the method of manufacturing the core-shell structure for hard tissue regeneration according to the present invention will be described step by step.

본 발명에 따른 상기 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법에 있어서, 상기 단계 1은 α-TCP(α-Tricalcium phosphate)를 포함하는 페이스트를 준비하는 단계이다.In the method for preparing a core-shell structure for hard tissue regeneration according to the present invention, step 1 is a step of preparing a paste containing α-TCP (α-Tricalcium phosphate).

여기서, 상기 페이스트는 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스(hydroxypropyl methyl cellulose), 젤라틴, 콜라겐, 알지네이트 및 키토산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 점증제와, 알코올 수용액을 더 포함할 수 있다.The paste may further include at least one enhancer selected from the group consisting of hydroxypropyl methyl cellulose, gelatin, collagen, alginate and chitosan, and an aqueous alcohol solution.

상기 알코올 수용액은 C1-10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬알코올 수용액, 바람직하게는 C1-5의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬알코올 수용액, 더욱 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 프로판올 및 부탄올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 알코올 수용액일 수 있다.The aqueous alcohol solution may be a solution of a C 1-10 linear or branched alkyl alcohol aqueous solution, preferably a C 1-15 linear or branched alkyl alcohol aqueous solution, more preferably methanol, ethanol, propanol and butanol May be one or more aqueous alcohol solutions selected.

또한, 본 발명에 따른 상기 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법에 있어서, 상기 단계 2는 상기 단계 1에서 준비한 페이스트를 성형하여 성형체를 얻는단계이다. In addition, in the method for producing a core-shell structure support for hard tissue regeneration according to the present invention, the step 2 is a step of molding the paste prepared in the step 1 to obtain a molded article.

여기서, 상기 단계 1에서 준비한 페이스트를 다양한 방법을 사용하여 성형할 수 있다.Here, the paste prepared in the step 1 can be molded by various methods.

구체적으로, 상기 단계 1에서 준비한 페이스트를 3D프린팅 기술을 통하여 3차원 성형체로 얻을수 있다.Specifically, the paste prepared in the step 1 can be obtained as a three-dimensional molded product through a 3D printing technique.

즉, 상기 3D프린팅 기술은 디지털화된 3차원 제품 디자인을 2차원 단면으로 연속적으로 재구성한 후, 원료소재를 한 층씩 인쇄하여 제품을 제조하는 기술로써, 상기의 성형체를 코어-쉘 구조로 디지털 설계한 후, 이를 3D 프린팅 장치에 적용함으로써 제조할 수 있다.That is, the 3D printing technology is a technique for continuously producing a digitized three-dimensional product design with a two-dimensional cross-section and then printing a raw material one layer at a time to produce a product. The above-mentioned formed product is digitally designed with a core- And then applying it to a 3D printing device.

또한, 상기 단계 1에서 준비한 페이스트를 적층조형법(Layer Manufacturing Process)을 사용하여 상기 성형체를 얻을 수 있다.The paste prepared in the step 1 can be obtained by using a layer forming process.

상기 적층조형법은 다양한 크기의 노즐을 사용하여 지지체의 기둥두께를 조절할 수 있으며, 컴퓨터 프로그램을 통해 다양한 형상(기둥간견, 기공크기,기공형상,지지체의 형상등)으로 성형될 수 있다.The above-mentioned laminate shaping method can adjust the column thickness of the support by using nozzles of various sizes and can be formed into various shapes (columnar pores, pore size, pore shape, support shape, etc.) through a computer program.

다음으로, 본 발명에 따른 상기 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법에 있어서, 상기 단계 3은, 상기 단계 2에서 얻은 성형체를 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)을 포함하는 경화액에 침지하여 시멘트 반응을 유도하는 단계이다.Next, in the method for producing a core-shell structure support for regenerating hard tissue of the core structure according to the present invention, in the step 3, the molded body obtained in the step 2 is immersed in a curing liquid containing monocalcium phosphates monohydrate (MCPM) Lt; / RTI >

여기서, 상기 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)을 포함하는 경화액의 pH 값은 1.5 내지 4.0 범위 내에서 수행할 수 있다. 여기서, pH 값이 1.5 미만일 경우에는 강한 산성 조건으로 인한 부산물이 형성될 수 있고, 4.0보다 높은 경우 성형체와 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)을 포함하는 경화액과의 반응이 용이하게 유도되지 않는 문제점이 있다.Here, the pH value of the curing solution containing monocalcium phosphates monohydrate (MCPM) may be in the range of 1.5 to 4.0. If the pH value is less than 1.5, by-products due to strong acidic conditions can be formed, and when the pH value is higher than 4.0, the reaction between the molded product and a curing liquid containing monocalcium phosphates monohydrate (MCPM) is not easily induced .

또한, 상기 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)을 포함하는 경화액의 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)농도는 0.01 내지 0.5 M 범위에서 수행될 수 있다. 여기서, 상기 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)의 농도가 0.01M 미만일 경우, 성형체 표면의 α-TCP에서 칼슘 포스페이트 디하이드레이트(dicalcium phosphate dihydrate, DCPD)로의 상변화가 충분히 유도되지 못하여 최종적으로 제조되는 지지체의 생분해성을 확보할 수 없는 문제가 있고, 0.5 M 범위를 초과할 경우 과도한 양의 DCPD가 형성되어 최종적으로 제조되는 지지체의 기계적 물성을 확보할 수 없다.Also, the concentration of monocalcium phosphates monohydrate (MCPM) of the curing solution containing monocalcium phosphates monohydrate (MCPM) may be in the range of 0.01 to 0.5 M. If the concentration of the monocalcium phosphates monohydrate (MCPM) is less than 0.01M, the phase change from α-TCP to dicalcium phosphate dihydrate (DCPD) on the surface of the molded body can not be sufficiently induced, There is a problem that it can not be secured. If it exceeds the range of 0.5M, an excessive amount of DCPD is formed and the mechanical properties of the support finally produced can not be secured.

나아가, 상기 단계 3의 침지는 0.5 내지 24시간 동안 수행할 수 있으며, 상기 침지 시간은 성형체의 코어-쉘 구조 크기 및 반응성을 고려하여 적절히 조절될 수 있다.Further, the immersion in the step 3 may be performed for 0.5 to 24 hours, and the immersion time may be appropriately adjusted in consideration of the size and reactivity of the core-shell structure of the formed body.

또한, 상기 단계 3에서 성형체 표면은 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)과 반응하여 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(dicalcium phosphate dihydrate, DCPD)로 상 변화하는 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)의 소모로 인해 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(dicalcium phosphate dihydrate, DCPD)로의 상 변화가 완료되면,In the step 3, the surface of the molded body reacts with monocalcium phosphates monohydrate (MCPM) to be phase-changed into dicalcium phosphate dihydrate (DCPD), and the consumption of the monocalcium phosphates monohydrate , The phase change to dicalcium phosphate dihydrate (DCPD) is completed,

성형체 내부는 물(H2O)과 수화반응하여 칼슘결핍 하이드록시아파타이트(calcium deficient hydroxyapatite, CDHA)로 상 변화하는 것을 특징으로 할 수 있다.The inside of the formed body is hydrated with water (H 2 O) and is phase-changed into calcium deficient hydroxyapatite (CDHA).

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Experimental Examples.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명의 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 실험예에 의해 제한되는 것은 아니다.However, the following examples and experimental examples are merely illustrative of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples and experimental examples.

<< 실시예Example 1> α-TCP를 사용한  1> Using α-TCP 2종상의Two 코어-쉘 구조의 제조 1 Preparation of core-shell structure 1

단계 1: α-TCP(α-Tricalcium phosphate) 분말을 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스(hydroxypropyl methyl cellulose)를 1wt% 포함한 30% 에탄올 수용액에 분액비 1:0.5 - 1:0.67로 조절하여 혼합하고, 대표적인 3D프린터인 PED(paste extruding deposition)시스템을 이용하여 압출 패이스트를 준비하였다.Step 1: α-TCP (α-Tricalcium phosphate) powder was mixed with a 30% ethanol aqueous solution containing 1 wt% of hydroxypropyl methyl cellulose at a solution ratio of 1: 0.5 - 1: 0.67, The extruded paste was prepared by using a printer PED (paste extruding deposition) system.

단계 2: 상기 단계 1에서 제조한 페이스트를 압출용기에 넣고 3D 프린터를 이용하여 3차원 형상의 지지체를 제작한 후 이를 37°에서 24시간동안 건조시켰다.Step 2: The paste prepared in step 1 was placed in an extrusion container, and a three-dimensional support was prepared using a 3D printer. The paste was dried at 37 for 24 hours.

단계 3: 0.05M의 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate) 수용액을 경화액으로 사용하여 해당용액에 상기 단계 2에서 제조된 지지체를 0.5 내지 24시간 침지시켜 경화반응을 유도하였다.Step 3: The curing reaction was induced by immersing the support prepared in Step 2 for 0.5 to 24 hours in 0.05 M of aqueous solution of monocalcium phosphates monohydrate (MCPM) as a curing solution.

단계 4: 상기 단계 3에서 제조된 지지체를 증류수로 여러번 세척한 수 이를 건조하여 지지체를 제조하였다.Step 4: The support prepared in step 3 was washed several times with distilled water and dried to prepare a support.

<< 실시예Example 2> α-TCP를 사용한  2> Using α-TCP 2종상의Two 코어-쉘 구조의 제조 2 Preparation of core-shell structure 2

0.1M의 MCPM 수용액을 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 같은 방법으로 지지체를 제조하였다.A support was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.1 M of MCPM aqueous solution was used.

<< 비교예Comparative Example 1>  1>

상기 실시예 1의 단계 3에서 경화액으로 MCPM의 용액을 사용하는 대신 일반적으로 α-TCP의 시멘트 반응에 사용되는 PBS(Phosphate buffer saline)을 사용하여 지지체를 제조하였다.Instead of using a solution of MCPM as a curing solution in Step 3 of Example 1, a support was prepared using PBS (Phosphate buffer saline) generally used for cement reaction of? -TCP.

<< 비교예Comparative Example 2>  2>

실시예 1과 같이 3차원 형상의 지지체를 제조하지 않고,Without forming a three-dimensional support as in Example 1,

α-TCP 분말에 MCPM 분말을 직접 혼합한 후 물에 침지하여 경화시켰다.The α-TCP powder was directly mixed with MCPM powder, and immersed in water to cure it.

<< 비교예Comparative Example 3> 3>

실시예 1과 같이 3차원 형상의 지지체를 제조하지 않고,Without forming a three-dimensional support as in Example 1,

α-TCP 분말과 MCPM 분말을 혼합하여 펠렛(pellet)을 제조한 후 물에 침지하여 경화시켰다.The α-TCP powder and the MCPM powder were mixed to prepare a pellet, which was immersed in water for curing.

<< 실험예Experimental Example 1> α-TCP 지지체  1 > α-TCP support 침지Immersion 후  after 경화액의Of the hardening liquid pH값pH value 변화 평가 Change evaluation

상기 실시예 1 및 2에 따른 제조과정에서 최초 MCPM을 포함하는 경화액의 pH 값과 α-TCP 지지체를 침지시켜 경화를 유도한 후 경화액의 pH 값을 측정하여 α-TCP에서 DCPD로의 상변화가 산-염기 반응에 해당하는지 확인하였다.In the manufacturing process according to Examples 1 and 2, the pH value of the curing liquid containing the first MCPM and the pH value of the curing liquid after inducing the curing by immersing the α-TCP support were measured and the phase change from α-TCP to DCPD Was acid - base reaction.

그 결과, 최초 측정된 0.05M의 MCPM용액과 0.1M의 MCPM용액의 pH 값은 각각 2.5, 2.6이였으며, 이 용액에 α-TCP 지지체를 침지시키면 0.05M의 MCPM용액의 pH는 2.5에서 4로, 0.1M의 MCPM용액의 pH는 2.6에서 3.5로 3시간에 걸쳐 서서히 상승하였으며 이후에는 큰 변화를 보이지 않았다.As a result, the pH values of the 0.05M MCPM solution and 0.1M MCPM solution were 2.5 and 2.6, respectively, and when the α-TCP support was immersed in this solution, the pH of the 0.05M MCPM solution was changed from 2.5 to 4 , The pH of the 0.1M MCPM solution gradually increased from 2.6 to 3.5 over 3 hours and then showed no significant change.

이 결과를 통해 지지체를 침지시킨 직후부터 산-염기반응에 의하여 시멘트반응이 일어나며 3시간 이후에는 MCPM이 모두 소모되므로 큰 변화가 없는 것임을 확인하였다.From these results, it was confirmed that cement reaction occurred by acid-base reaction immediately after immersing the support and there was no significant change since the MCPM was consumed after 3 hours.

<< 실험예Experimental Example 2> α-TCP 지지체  2 > α-TCP support 침지Immersion 후 시멘트반응에 의한  By post cement reaction 상변화Phase change 평가 1 Rating 1

상기 실시예 1에 따른 제조과정(0.05M의 MCPM용액 사용)에서 시멘트반응에 따른 결정상의 변화를 검증하기 위하여 XRD(X-선회절 분석법, X-ray Diffraction Spectroscopy)를 사용하여 이를 관찰하였다.XRD (X-ray Diffraction Spectroscopy) was used to observe the change of crystal phase according to the cement reaction in the manufacturing process according to Example 1 (using 0.05M of MCPM solution).

건조된 분말의 상 조성은 36 kV의 조작된 전압에서 분말 회절분석법(Cu Kα1 radiation) 인 XRD(DMAX-2200, Rigaku)로 관찰하였다. 측정은 5-55 °의 2θ 각도 범위에서 이루어졌다.The phase composition of the dried powder was observed by XRD (DMAX-2200, Rigaku), powder diffraction method (Cu K? 1 radiation) at a manipulated voltage of 36 kV. Measurements were made in the 2θ angle range of 5-55 °.

그 결과를 도 2에 나타내었다.The results are shown in Fig.

도 2에 나타난 바와 같이, 30분 침지후 DCPD(dicalcium phosphate dehydrate)형성을 나타내는 피크가 11.62°를 포함하여 강하게 검출되었으며, 3시간 이후부터는 큰 변화가 확인되지 않았다. 즉, 침지 직후에서 3시간까지는 일반적이지 않은 α-TCP상에서 DCPD로의 상변화가 일어남을 확인하였다.As shown in FIG. 2, the peak indicating formation of dicalcium phosphate dehydrate (DCPD) after 11 minutes of immersion was strongly detected including 11.62 °, and no significant change was observed after 3 hours. That is, it was confirmed that a phase change to DCPD occurs on α-TCP which is not general until 3 hours immediately after immersion.

또한, 3시간 이후부터는 CDHA(Calcium deficient hydroxyapatite)생성을 나타내는 피크가 32°를 중심으로 형성되기 시작하여 16시간까지 지속되었고, 시간에 따라 α-TCP상을 나타내는 피크는 약해져 사라지는 것을 확인하였다.From 3 hours onward, the peak indicating the formation of CDHA (Calcium deficient hydroxyapatite) began to form around 32 ° and continued until 16 hours, and the peak showing the α-TCP phase weakened with time.

이로부터, 도 3에 나타낸 바와 같이 해당 반응에서 α-TCP 지지체 침지 후 DCPD가 형성되고, 그 이후에는 CDHA상으로 상전이하여 16시간 후 반응이 완료되는 것을 알 수 있다.From this, as shown in FIG. 3, DCPD was formed after immersing the α-TCP support in the reaction, and after that, the phase transition to CDHA phase was completed and the reaction was completed after 16 hours.

<< 실험예Experimental Example 3> α-TCP 지지체  3> α-TCP support 침지Immersion 후 시멘트반응에 의한  By post cement reaction 상변화Phase change 평가 2 Rating 2

실시예 1의 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체를 대상으로 실험을 수행하는 대신, 실시예 2의 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체를 대상으로 실험을 수행하는 것을 제외하고, 상기 실험예 2와 동일한 과정을 통해 상변화를 평가하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다.The same procedure as in Experimental Example 2 was carried out except that an experiment was conducted on the core-shell structure hard tissue regeneration support of Example 2 instead of performing the experiment on the core-shell structure hard tissue regenerating support of Example 1 The phase change was evaluated through the process. The results are shown in Fig.

도 4에 나타난 바와 같이, 지지체의 침지 후 DCPD(dicalcium phosphate dehydrate)형성을 나타내는 피크가 강하게 검출되었다.As shown in Fig. 4, a peak indicating formation of DCPD (dicalcium phosphate dehydrate) after immersing the support was strongly detected.

다만, 0.05M의 MCPM의 용액으로 경화시킨 실시예 1과 비교하여 CDHA가 형성되는 시작 시간이 5시간 이후로 늦어졌으며, 시간의 경과에 따라 DCPD의 피크가 샤프해지는 경향을 보였다.However, as compared with Example 1 in which the solution was cured with 0.05 M of MCPM solution, the start time of formation of CDHA was delayed after 5 hours, and the peak of DCPD was sharpened with time.

<< 실험예Experimental Example 4> 지지체 기둥의 단면관찰 및 분석 4> Observation and analysis of cross section of support column

상기 실시예 1에서 제조한 지지체를 이루는 기둥의 단면을 SEM(scanning electron microscope) 및 EDX(Energy-dispersive X-ray spectroscopy)를 통해 관찰 및 분석하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다.The cross section of the supporting pillars prepared in Example 1 was observed and analyzed by SEM (scanning electron microscope) and EDX (energy-dispersive X-ray spectroscopy). The results are shown in Fig.

도 5에 나타난 바와 같이, 외부는 판상형의 결정으로 이루어져 있었고, 내부는 작은 결정으로 이루어져 있는 것을 확인하였다. 또한, 각 부분의 EDX결과, 내부는 Ca/P=1.5-1.67로 CDHA 혹은 HA로 구성되어 있고 외부는 Ca/P=1.0으로 DCPD로 구성되어 있음을 확인하였다.As shown in FIG. 5, it was confirmed that the outside was made of a plate-like crystal and the inside was made of a small crystal. In addition, the EDX of each part showed that the inside was composed of CDHA or HA with Ca / P = 1.5-1.67 and the outside was composed of DCPD with Ca / P = 1.0.

<< 실험예Experimental Example 5> PBS로 경화시킨 지지체와  5> Supports cured with PBS MCPM으로With MCPM 경화시킨 지지체의 구조 비교 Comparison of Structure of Cured Support

PBS로 경화시킨 지지체에 해당하는 비교예 1과, MCPM으로 경화시킨 지지체에 해당하는 실시예 1 및 2의 형상을 아래와 같은 실험을 통해 비교하였다.Comparative Example 1 corresponding to a support cured with PBS and Examples 1 and 2 corresponding to a support cured with MCPM were compared through the following experiment.

보다 구체적으로, 건조된 분말의 상조성은 36 kV의 조작된 전압에서 분말 회절분석법(Cu Kα1 radiation) 인 XRD(DMAX-2200, Rigaku)로 관찰하였다. 측정은 5-55 °의 2θ 각도 범위에서 이루어 졌다. 구조적 특성은 1-5의 kV의 가속 전압에서 field emission scanning electron microscopy (FE-SEM; JEOL-5800)를 사용하여 관찰하였다. 그 결과를 도 6 및 도 7에 나타내었다.More specifically, the phase composition of the dried powder was observed with an XRD (DMAX-2200, Rigaku) powder diffraction assay (Cu K? 1 radiation) at a manipulated voltage of 36 kV. Measurements were made in the 2θ angle range of 5-55 °. Structural properties were observed using field emission scanning electron microscopy (FE-SEM; JEOL-5800) at an accelerating voltage of 1-5 kV. The results are shown in Fig. 6 and Fig.

도 6 및 도 7에 나타난 바와 같이, PBS 용액을 사용하여 침지시킨 경우에 내부와 외부가 모두 CDHA로 형성되어 있음을 확인할 수 있고, MCPM 용액을 사용하여 침지시킨 경우에 내부는 CDHA로, 외부는 특이하게 DCPD로 구성되는 것으로 나타났다.As shown in FIG. 6 and FIG. 7, it can be confirmed that both the inside and the outside were formed by CDHA when immersed in PBS solution. In case of immersion using MCPM solution, the inside was CDHA and the outside was And DCPD.

<< 실험예Experimental Example 6>  6> MCPMMCPM 농도에 따른 지지체의 구조비교 Comparison of Structure of Support by Concentration

상기 실시예 1(0.05M의 MCPM용액사용) 및 실시예 2(0.1M의 MCPM용액사용)의 제조방법에 따른 지지체의 구조를 SEM을 통해 관찰하였다. 그 결과를 도 8에 나타내었다.The structure of the support according to the preparation method of Example 1 (using 0.05M of MCPM solution) and Example 2 (using 0.1M of MCPM solution) was observed through SEM. The results are shown in Fig.

도 8에 나타난 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2는 전체적으로 내부 외부가 2종의 상을 갖은 코어-쉘 구조인 것에는 큰 차이가 없었다.As shown in Fig. 8, the first and second embodiments were not significantly different from the core-shell structure having two phases in the inside and outside as a whole.

다만, 0.1M의 MCPM용액을 사용한 실시예 2의 지지체와 비교하여 0.05M의 MCPM의 용액에서 반응시킨 실시예 1의 지지체 표면이 더 큰 크기의 DCPD로 구성되고 그 구성밀도는 더 낮은 것으로 나타났다.However, the support surface of Example 1 reacted in a solution of MCPM of 0.05M in comparison with the support of Example 2 using 0.1M of MCPM solution was composed of DCPD of larger size and its constitution density was lower.

<< 실험예Experimental Example 7> PBS로 경화시킨 지지체와  7> Supports cured with PBS MCPM으로With MCPM 경화시킨 지지체의 기계적 물성 비교 Comparison of mechanical properties of cured supports

PBS로 경화시킨 지지체와 MCPM으로 경화시킨 지지체의 기계적 물성을 비교하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.In order to compare the mechanical properties of the support cured with PBS and the support cured with MCPM, the following experiment was conducted.

압축률과 강도는 1mm / min의 cross-head rate (RB Model 302 MLTM,R&B,Korea) 에서 2kN load cell 축성 시험기를 사용하여 측정 하였다.(n=5).Compressibility and strength was measured by using the load cell 2kN uniaxial testing machine at a 1mm / min cross-head rate ( RB Model 302 ML TM, R & B, Korea). (N = 5).

그 결과를 도 9에 나타내었다.The results are shown in Fig.

도 9에 나타난 바와 같이, 이종의 인산칼슘결정상을 갖는 코어-쉘 구조 지지체는 PBS에서 반응시킨 CDHA상보다 기계적 물성이 떨어졌으나, 지지체로 사용하기에 충분한 높은 기계적 물성(압축강도~15 MPa)을 나타내었다.As shown in FIG. 9, the core-shell structure support having a different calcium phosphate crystal phase had lower mechanical properties than the CDHA phase reacted with PBS, but had high mechanical properties (compressive strength ~ 15 MPa) sufficient for use as a support Respectively.

<< 실험예Experimental Example 8> PBS로 경화시킨 지지체와  8> cured with PBS MCPM으로With MCPM 경화시킨 지지체의 생분해성 비교 Comparison of Biodegradability of Cured Support

PBS로 경화시킨 지지체와 MCPM으로 경화시킨 지지체의 생분해성을 비교하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.The following experiments were performed to compare the biodegradability of the PBS-cured and MCPM-cured scaffolds.

37 ℃, PBS (PH 7.4) 조건에서 균일한 크기의 지지체를 사용하여 실험을 수행하였다. 5일간격으로 지지체 샘플들을 수집하고, DI water에서 세척한 다음 상온에서 2일 동안 건조하였다. 모든 구간에서 PBS는 새로운 용액으로 대체되었다.Experiments were carried out at 37 ° C in PBS (pH 7.4) using a uniform size support. Support samples were collected at 5 day intervals, washed in DI water, and then dried at room temperature for 2 days. PBS was replaced with fresh solution at all intervals.

그 결과를 도 10에 나타내었다.The results are shown in Fig.

도 10에 나타난 바와 같이, PBS용액을 사용하여 CDHA로 구성된 지지체(비교예1)는 25일 생분해성 평가기간 동안 지지체의 무게변화가 전혀 관측되지 않는 반면, MCPM수용액에서 경화하여 CDHA/DCPD 코어-쉘 구조로 형성된 지지체(실시예 1 및 실시예 2)는 생분해가 용이하게 유도되는 것을 확인하였으며, 0.05M MCPM을 사용한 지지체(실시예1)는 약 10%, 0.1M MCPM을 사용한 지지체(실시예2)는 약 15%의 질량감소가 확인되었다.As shown in Fig. 10, the support made of CDHA using the PBS solution (Comparative Example 1) showed no change in the weight of the support during the biodegradation evaluation period of 25 days, whereas the CDHA / DCPD core- It was confirmed that the support formed with the shell structure (Examples 1 and 2) was easily biodegradable, and the support using 0.05 M MCPM (Example 1) was about 10%, the support using 0.1 M MCPM 2) showed a mass reduction of about 15%.

<< 실험예Experimental Example 9> 2종 결정상의 코어-쉘 구조 형성 제법의 유의성 평가 9> Significance evaluation of the core-shell structure forming method of the second crystal phase

본 발명에 따른 실시예 1, 비교예 2 및 비교예 3에서 제조되는 지지체의 구조를 아래 실험과정을 통해 비교분석하였다.The structure of the support prepared in Example 1, Comparative Example 2 and Comparative Example 3 according to the present invention was compared and analyzed through the following experimental procedure.

Figure pat00001
Figure pat00001

그 결과를 도 11에 나타내었다.The results are shown in Fig.

도 11에 나타난 바와 같이, 실시예 1은 코어는 CDHA, 쉘은 DCPD로 구성되는 반면; 비교예 2는 DCPA(Dicalcium phosphate anhydrous)와 DCPD가 단순 혼합된 구조로 구성되고, 비교예 3은 DCPA로 이루어진 구조를 형성하였다.As shown in Fig. 11, in Example 1, the core is composed of CDHA and the shell is composed of DCPD; In Comparative Example 2, DCPA (Dicalcium phosphate anhydrous) and DCPD were simply mixed, and Comparative Example 3 was formed in DCPA.

이로부터, 본 발명에 따른 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체는 α-TCP 구조체를 먼저 제작한 후 이를 MCPM을 포함하는 경화액에 침지시켜 경화시킬 경우에만 용이하게 제조되는 것으로 나타났다.From this, it can be seen that the core-shell structure hard tissue regeneration support according to the present invention is easily produced only by first preparing an α-TCP structure and immersing it in a curing solution containing MCPM.

Claims (12)

칼슘결핍 하이드록시아파타이트(calcium deficient hydroxyapatite, CDHA)를 포함하는 코어(Core); 및
상기 코어 표면에 구비되어 상기 코어를 둘러싸는 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(dicalcium phosphate dihydrate, DCPD)를 포함하는 쉘(Shell);을 포함하는, 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체.
A core comprising calcium deficient hydroxyapatite (CDHA); And
And a shell provided on the core surface and including dicalcium phosphate dihydrate (DCPD) surrounding the core. The support for core-shell structure hard tissue regeneration.
제1항에 있어서,
상기 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체는,
α-TCP(α-Tricalcium phosphate) 성형체를 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)에 침지하여 경화를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체.
The method according to claim 1,
The core-shell structure hard tissue regeneration support comprises:
characterized in that the α-TCP (α-Tricalcium phosphate) shaped body is immersed in monoclinic phosphates monohydrate (MCPM) and cured to form a core-shell structure for hard tissue regeneration.
제2항에 있어서,
상기 칼슘결핍 하이드록시아파타이트(calcium deficient hydroxyapatite, CDHA)는, 상기 α-TCP(α-Tricalcium phosphate) 성형체의 수화반응을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체.
3. The method of claim 2,
The calcium-deficient hydroxyapatite (CDHA) is formed through the hydration reaction of the α-TCP (α-Tricalcium phosphate) shaped body.
제2항에 있어서,
상기 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(dicalcium phosphate dihydrate, DCPD)는 α-TCP(α-Tricalcium phosphate) 성형체 표면과 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)의 반응을 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체.
3. The method of claim 2,
The dicalcium phosphate dihydrate (DCPD) is prepared by reacting a surface of α-TCP (α-Tricalcium phosphate) with MCPM (monocalcium phosphates monohydrate). The core- .
α-TCP(α-Tricalcium phosphate)를 포함하는 페이스트를 준비하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 준비한 페이스트를 성형하여 성형체를 얻는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 얻은 성형체를, MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)을 포함하는 경화액에 침지하여 시멘트 반응을 유도하는 단계(단계 3);를 포함하는 제1항의 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법.
preparing a paste containing α-TCP (α-Tricalcium phosphate) (Step 1);
A step of molding the paste prepared in the step 1 to obtain a molded body (step 2); And
The method of manufacturing a core-shell structure for hard tissue regeneration according to claim 1, comprising the step of immersing the molded body obtained in step 2 in a curing liquid containing monocalcium phosphates monohydrate (MCPM) to induce a cement reaction .
제5항에 있어서,
상기 페이스트는 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스(hydroxypropyl methyl cellulose), 젤라틴, 콜라겐, 알지네이트 및 키토산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 점증제; 및
메탄올, 에탄올, 프로판올 및 부탄올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 알코올 수용액을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The paste may contain at least one thickening agent selected from the group consisting of hydroxypropyl methyl cellulose, gelatin, collagen, alginate and chitosan; And
Wherein the aqueous medium further comprises at least one aqueous alcohol solution selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol and butanol.
제5항에 있어서,
상기 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)을 포함하는 경화액의 pH 값은 1.5 내지 4.0 범위인 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the pH value of the curing solution containing monocalcium phosphates monohydrate (MCPM) ranges from 1.5 to 4.0.
제5항에 있어서,
상기 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)을 포함하는 경화액의 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)농도는 0.01 내지 0.5 M인 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the concentration of monocalcium phosphates monohydrate (MCPM) in the curing solution containing monocalcium phosphates monohydrate (MCPM) is 0.01 to 0.5 M.
제5항에 있어서,
상기 단계 3의 침지는 0.5 내지 24시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the immersion in step 3 is performed for 0.5 to 24 hours.
제5항에 있어서,
상기 단계 3에서 성형체 표면은 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)과 반응하여 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(dicalcium phosphate dihydrate, DCPD)로 상 변화하는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the surface of the shaped body in step 3 is phase-changed into dicalcium phosphate dihydrate (DCPD) by reacting with monocalcium phosphates monohydrate (MCPM).
제10항에 있어서,
상기 MCPM(monocalcium phosphates monohydrate)의 소모로 인해 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(dicalcium phosphate dihydrate, DCPD)로의 상 변화가 완료되면,
성형체 내부는 물(H2O)과 수화반응하여 칼슘결핍 하이드록시아파타이트(calcium deficient hydroxyapatite, CDHA)로 상 변화하는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법.
11. The method of claim 10,
When the phase change to dicalcium phosphate dihydrate (DCPD) is completed due to consumption of the monocalcium phosphates monohydrate (MCPM)
Wherein the inside of the shaped body is hydrated with water (H 2 O) to be phase-changed into calcium deficient hydroxyapatite (CDHA).
제5항에 있어서,
상기 제조방법은 10℃ 내지 50℃ 온도범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조 경조직 재생용 지지체의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the method is performed at a temperature ranging from 10 ° C to 50 ° C.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102444676B1 (en) * 2020-07-14 2022-09-20 한국재료연구원 Manufacturing method of multi-composition ceramic structures

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130083577A (en) * 2012-01-13 2013-07-23 포항공과대학교 산학협력단 Mussel adhesive protein-added brushited bone graft substitute
US20150125537A1 (en) * 2013-11-07 2015-05-07 Agency For Science, Technology And Research Bone filler material and methods of use
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KR20160067269A (en) * 2014-12-03 2016-06-14 한국기계연구원 Scaffold for hard tissue regeneration containing active ingredient for treating osteoporosis and preparing method thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130083577A (en) * 2012-01-13 2013-07-23 포항공과대학교 산학협력단 Mussel adhesive protein-added brushited bone graft substitute
US20150125537A1 (en) * 2013-11-07 2015-05-07 Agency For Science, Technology And Research Bone filler material and methods of use
KR101627184B1 (en) 2013-11-08 2016-06-07 한국기계연구원 The preparing method of core-shell structured scaffold for hard tissue regeneration and the scaffold for hard tissue regeneration thereby
KR20160067269A (en) * 2014-12-03 2016-06-14 한국기계연구원 Scaffold for hard tissue regeneration containing active ingredient for treating osteoporosis and preparing method thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220051042A (en) 2020-10-15 2022-04-26 한국재료연구원 Method of manufacturing free-standing ceramic 3D printing structure
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