KR101981704B1 - Method of manufacturing porous ceramic scaffolds using freeze casting and porous ceramic scaffolds manufactured thereby - Google Patents
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Abstract
본 발명은 동결 주조법을 이용한 다공성 세라믹 지지체 제조방법 및 이에 의해 제조된 다공성 세라믹 지지체에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 내부의 다공체를 동결 주조법으로 제조한 후, 내부의 다공체 표면에 외부의 다공체를 동결 주조법으로 제조하여 내부의 기공 크기가 및 외부의 기공 크기보다 큰 코어쉘 형태의 다공성 세라믹 지지체를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 다공성 세라믹 지지체를 제공한다. 따라서 본 발명은 구조적으로 뼈와 유사하며, 골 활성 세라믹을 세라믹 분말로 사용하기 때문에 높은 생체 적합성을 가져서 세포의 증식이 원활하게 이루어질 수 있어 골 지지체로 사용되기 적합할 수 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a porous ceramic support using a freeze casting method and a porous ceramic support produced thereby. More particularly, the present invention relates to a process for producing a core-shell type porous ceramic support having an inner pore size and an outer pore size larger than the outer pore size by preparing an inner porous body by a freeze casting method, And a porous ceramic support prepared thereby. Accordingly, the present invention is structurally similar to bone, and since the bone-active ceramic is used as a ceramic powder, it has high biocompatibility, and cell proliferation can be smoothly performed, so that it can be suitably used as a bone support.
Description
본 발명은 동결 주조법을 이용한 다공성 세라믹 지지체 제조방법 및 이에 의해 제조된 다공성 세라믹 지지체에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 내부 및 외부의 기공 크기가 다른 다공성 세라믹 지지체를 동결 주조법으로 제조하기 위한 방법 및 이에 의헤 제조된 다공성 세라믹 지지체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a porous ceramic support using a freeze casting method and a porous ceramic support produced thereby. More particularly, the present invention relates to a method for manufacturing a porous ceramic support having different pore sizes, both inside and outside, by a freeze casting method, and to a porous ceramic support manufactured thereby.
다공성을 나타내는 지지체는 우수한 기계적 성질 때문에 여러 분야에서 널리 쓰이고 있다. 대표적인 분야가 골 조직공학 분야로서, 바이오 인공 뼈로 질병이나 사고에 의해 손상된 인체의 뼈를 대체하기 위해 체내에 매식되는 재료로 쓰이고 있다. 바이오 인공 뼈는 체내에 매식되어 초기 골세포의 증착 및 분화를 촉진하여, 궁극적으로 빠른 골 생성을 유도하는 재료이다.Porous supports are widely used in many fields due to their excellent mechanical properties. A representative field of bone tissue engineering is bio-artificial bone, which is used as a material that is injected into the body to replace the bones of human body damaged by diseases or accidents. Bio-artificial bones are injected into the body to promote early bone cell deposition and differentiation, ultimately leading to rapid bone formation.
이러한 조건을 만족하는 생체 활성 세라믹 재료로서 수산화아파타이트(Hydroxyapatite, HA), β-트리칼슘포스페이트(β-tricalcium phosphate, β-TCP)와 같은 생체 활성 세라믹스가 널리 사용된다. 또한, 다공성 지지체가 골 조직공학 분야에 사용되기 위해서는 구조적으로 3차원적 상호 연결된 매크로 크기의 이중 기공 구조와 충분한 강도를 갖는 다공질이어야 한다. 다공질 세라믹스의 제조를 위하여 레플리카(replica), 세크리피셜 템플레이트(sacrificial template), 다이렉트 폼(direct foam) 등의 공정기술이 보고되어 있다. 하지만, 이들은 고유한 장단점을 가지고 있으므로 어느 단일공정의 적용만으로는 골 조직공학 지지체의 구조적 요구 조건을 만족시키기가 어려우므로 복합 공정기술의 개발이 필요한 실정이다.Bioactive ceramics such as hydroxyapatite (HA) and? -Tricalcium phosphate (? -TCP) are widely used as bioactive ceramic materials satisfying these conditions. In addition, for the porous support to be used in the field of bone tissue engineering, it should be structurally three-dimensionally interconnected macroscopic double-pore structure and porous with sufficient strength. Process technologies such as replica, sacrificial template, and direct foam have been reported for the production of porous ceramics. However, since they have inherent advantages and disadvantages, it is difficult to satisfy the structural requirements of the bone tissue engineering support only by the application of a single process.
다공질 세라믹스의 제조를 위한 공정기술 중 습식 성형공정으로서의 겔 캐스팅(gel casting)은 균일한 미세구조, 정형화(near net-shape), 복잡한 형상의 부품, 고강도를 구현할 수 있다는 이점으로 인하여 첨단 세라믹스 부품의 제조를 위하여 널리 이용되고 있다. 직접 응고 방식인 겔 캐스팅은 액상의 제거 없이 슬러리 유체를 직접 단단한 물체로 전환시킬 수 있으므로 종래의 습식공정에서 일어날 수 있는 건조수축 등과 같은 문제들을 극복할 수 있다. 이때 슬러리의 고체함량은 성형강도, 건조 및 소성수축과 직접적으로 관계함으로써 세라믹 부품의 요구 치수에 보다 근접시키기 위하여 가능한 한 고농도 (>50 %)의 현탁액이 겔 캐스팅에서 요구된다. 이러한 이유로 인하여 겔 캐스팅은 일반적으로 높은 밀도를 갖는 성형체의 제조를 위한 공정기술로 인식되어 왔으나 기공 형성 물질을 도입하여 다공질 세라믹스의 제조를 위하여도 이용될 수 있다.Among the process technologies for the production of porous ceramics, gel casting as a wet-forming process has advantages of uniform microstructure, near net-shape, complicated shape parts and high strength, And is widely used for manufacturing. Gel casting, which is a direct solidification method, can convert the slurry fluid directly into a rigid body without removing the liquid phase, thereby overcoming problems such as drying shrinkage that may occur in a conventional wet process. At this time, the solids content of the slurry is directly related to the molding strength, drying and plastic contraction, so that a high concentration (> 50%) suspension is required in the gel casting in order to bring it closer to the required dimensions of the ceramic parts. For this reason, gel casting has generally been recognized as a process technology for the production of shaped bodies having a high density, but can also be used for the production of porous ceramics by introducing pore forming materials.
그러나 겔 캐스팅은 성형밀도가 너무 낮으면 유기물의 휘발 과정에서 현저한 수축이 발생하기 때문에 겔 캐스팅으로 얻을 수 있는 기공률은 통상적으로 60 % 미만으로 제한된다는 단점이 있다. 또한, 폼(foam)의 겔 캐스팅은 고강도를 갖는 세라믹 지지체의 제조를 가능하게 하지만, 통상적으로 얻어지는 기공의 크기가 너무 작고 불균일하며 서로 연결된 기공 망목을 갖는 구조를 거의 만들 수 없다는 문제점이 있다.However, the gel casting is disadvantageous in that if the molding density is too low, significant shrinkage occurs in the volatilization process of the organic material, so that the porosity obtained by gel casting is usually limited to less than 60%. In addition, although the gel casting of the foam enables the production of a ceramic support having high strength, there is a problem that the size of pores usually obtained is too small, and heterogeneous and almost no structure having pore mesh connected to each other can be made.
다공질 세라믹스를 제조하기 위한 또 다른 습식 성형기술로 동결 주조(freeze casting) (또는 동결 건조, freeze drying)가 보고되어 있다. 이 기술은 슬립의 제조, 동결, 승화건조, 하소, 소결 공정을 포함한다. 동결된 용매가 분말 입자 사이에서 일시적인 결합재 및 기공채널의 템플레이트(template)의 역할을 하며, 용매의 결정들이 동결된 세라믹 슬러리에 의해서 둘러싸여인 수지상 구조 내에서 서로 연결되어 있다. 승화에 의한 용매의 제거는 일반적인 건조 과정에서 발생할 수 있는 균열이나 뒤틀림과 같은 결함을 유발하는 건조응력과 수축을 최소화할 수 있다. 최종적인 미세구조는 동결 건조와 소결 조건에 의존하며 동결방향과 온도구배를 제어함으로써 배향성을 갖는 기공채널 및 기공구배를 얻을 수 있다.Freeze casting (or freeze drying) has been reported with another wet forming technique for making porous ceramics. This technique includes slip fabrication, freezing, sublimation drying, calcination, and sintering processes. The frozen solvent acts as a template for temporary binder and pore channels between the powder particles and is connected to one another in a dendritic structure in which the crystals of the solvent are surrounded by a frozen ceramic slurry. Removal of the solvent by sublimation can minimize dry stress and shrinkage which can lead to defects such as cracking or distortion that can occur during normal drying. The final microstructure is dependent on lyophilization and sintering conditions, and pore channels and pore gradients with orientation can be obtained by controlling the freezing direction and temperature gradient.
하지만, 동결 주조공정에서는 낮은 성형강도로 인하여 동결 현탁액이 승화될 때 얻어지는 초다공질 성형체는 다루기 어려울 정도로 대단히 약하다는 큰 문제점이 있다. 아울러 이 방법으로 얻어지는 기공의 크기는 수십 μm 이하로 골 조직공학 지지체로 사용하기는 충분하지 않다는 문제점이 있다.However, in the freeze casting process, the ultra-porous formed body obtained when the freeze suspension is sublimated due to low molding strength has a problem that it is very weak to be difficult to handle. In addition, the pore size obtained by this method is not more than several tens of micrometers, which is not enough to be used as a bone tissue engineering support.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 동결 주조 과정을 두 번에 나누어 진행하여 내부 및 외부의 기공 크기가 달라 뼈와 유사한 구조를 가지고, 기공의 크기가 수십 μm 이상으로 제조되며, 기계적 강도가 향상된 다공성 세라믹 지지체를 제조하기 위한 방법 및 이에 의해 제조된 다공성 세라믹 지지체를 제공하는 것을 일목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a porous ceramic body having a structure similar to a bone and having a pore size different from that of the inside and the outside and having a pore size of several tens of micrometers or more, It is an object of the present invention to provide a method for producing a support and a porous ceramic support produced thereby.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise form disclosed. There will be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 제1세라믹 분말, 제1동결 매체 및 제1분산제를 혼합하여 제1슬러리를 준비하는 단계, 제2세라믹 분말, 제2동결 매체 및 제2분산제를 혼합하여 제2슬러리를 준비하는 단계, 상기 제1슬러리를 동결 주조하여 제1동결 성형체를 제조하는 단계, 상기 제1동결 성형체의 표면에 상기 제2슬러리를 동결 주조하여 제2동결 성형체를 제조하여 코어쉘 동결 성형체를 제조하는 단계, 상기 코어쉘 동결 성형체에서 상기 제1동결 매체 및 상기 제2동결 매체를 제거하여 코어쉘 다공체를 제조하는 단계 및 상기 코어쉘 다공체를 열처리하는 단계를 포함하고, 상기 제1동결 성형체의 기공 크기가 상기 제2동결 성형체의 기공 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of preparing a ceramic slurry, comprising: preparing a first slurry by mixing a first ceramic powder, a first freezing medium, and a first dispersant; Preparing a second slurry by mixing the first slurry and the second slurry; preparing a second slurry by mixing the first slurry and the second slurry to produce a first freeze-molded body by freezing the slurry; freezing the second slurry on the surface of the first freeze- Preparing a core shell freeze-molded body, removing the first freeze medium and the second freeze medium from the core-shell freeze-molded body to prepare a core-shell porous article, and heat-treating the core-shell porous article And the pore size of the first freeze-molded body is larger than the pore size of the second freeze-molded body.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1동결 성형체의 기공 크기는 제1세라믹 분말 및 제1동결 매체의 함량비에 의해 조절되고, 상기 제2동결 성형체의 기공 크기는 제2세라믹 분말 및 제2동결 매체의 함량비에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법일 수 있다.In the embodiment of the present invention, the pore size of the first freeze-molded body is controlled by the content ratio of the first ceramic powder and the first freezing medium, and the pore size of the second freeze- Freezing medium. The present invention is also directed to a method for preparing a porous ceramic support.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1세라믹 분말 또는 상기 제2세라믹 분말은 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite, HA), α-트리칼슘포스페이트(α-tricalcium phosphate, α-TCP), β-트리칼슘포스페이트(β-tricalcium phosphate, β-TCP), 테트라칼슘포스페이트(tetracalcium phosphate, TTCP), 비정질칼슘포스페이트(amorphous calcium phosphate, ACP), 무수칼슘포스페이트(monocalcium phosphate anhydrate, MCPA), 무수디칼슘포스페이트(dicalcium phosphate anhydrate, DCPD), 옥타칼슘포스페이트(octacalcium phosphate, OCP), 모노칼슘포스페이트 모노수화물(monocalcium phosphate monohydrate, MCPM), 디칼슘포스페이트 이수화물(dicalcium phosphate dehydrate, DCPD), Na2O-CaO-SiO2-P2O5, CaOSiO2, P2O5-CaO-Na2O 및 P2O5-CaO-K2O로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first ceramic powder or the second ceramic powder may be at least one selected from the group consisting of hydroxyapatite (HA), alpha-tricalcium phosphate (alpha-TCP), beta -tricalcium phosphate (TTCP), amorphous calcium phosphate (ACP), monocalcium phosphate anhydrate (MCPA), dicalcium phosphate (MCPA), and anhydrous calcium phosphate anhydrous DCPD, octacalcium phosphate (OCP), monocalcium phosphate monohydrate (MCPM), dicalcium phosphate dehydrate (DCPD), Na 2 O-CaO-SiO 2 - Wherein the porous ceramic support comprises at least one selected from the group consisting of P 2 O 5 , CaOSiO 2 , P 2 O 5 -CaO-Na 2 O and P 2 O 5 -CaO-K 2 O May be .
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1동결 매체 또는 상기 제2동결 매체는 물, 캠핀(Camphene), 캠퍼(Camphor), 나프탈렌(naphthalene) 및 테르페노이드(Terpenoid)계 물질로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first freezing medium or the second freezing medium is selected from the group consisting of water, Camphene, Camphor, naphthalene, and terpenoid-based materials Wherein the porous ceramic support comprises at least one of the following materials:
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1분산제 또는 제2분산제는 올리고머 폴리에스터(oligomeric polyester)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first dispersant or the second dispersant may be an oligomeric polyester.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1동결 매체의 중량은 상기 제1세라믹 분말 100 중량% 대비 100 중량% 내지 500 중량%인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the weight of the first freezing medium may be 100 wt% to 500 wt% of the first ceramic powder, based on 100 wt% of the first ceramic powder.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1분산제의 중량은 상기 제1세라믹 분말 100 중량% 대비 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법일 수 있다.In the embodiment of the present invention, the weight of the first dispersant may be 0.1 wt% to 10 wt%, based on 100 wt% of the first ceramic powder.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2동결 매체의 중량은 상기 제2세라믹 분말 100 중량% 대비 30 중량% 내지 100 중량%인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the weight of the second freezing medium is 30 wt% to 100 wt% based on 100 wt% of the second ceramic powder.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2분산제의 중량은 상기 제2세라믹 분말 100 중량% 대비 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the weight of the second dispersant may be 0.1 wt% to 10 wt%, based on 100 wt% of the second ceramic powder.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1동결 성형체를 제조하는 단계는, 상기 제1동결 매체의 동결 온도 이하의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법일 수 있다.In the embodiment of the present invention, the step of preparing the first freeze-molded body may be performed at a temperature below the freezing temperature of the first freezing medium.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1동결 성형체를 제조하는 단계에서, 상기 제1슬러리는 제1주형에 주입되어 회전 및 냉각되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법일 수 있다.In an embodiment of the present invention, in the step of manufacturing the first freeze-molded body, the first slurry is injected into the first mold, and is rotated and cooled.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 코어쉘 동결 성형체를 제조하는 단계는, 상기 제2동결 매체의 동결 온도 이하의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of preparing the core-shell freeze-molded body may be performed at a temperature below the freezing temperature of the second freezing medium.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 코어쉘 동결 성형체를 제조하는 단계에서, 상기 제2슬러리는 제2주형에 주입되어 회전 및 냉각되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법일 수 있다.In the embodiment of the present invention, in the step of manufacturing the core-shell freeze-molded body, the second slurry is injected into the second mold, and is rotated and cooled.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1슬러리는 제1주형에 주입되고, 상기 제2슬러리는 제2주형에 주입되어 회전 및 냉각되며, 상기 제1주형의 크기는 상기 제2주형의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first slurry is injected into a first mold, the second slurry is injected into a second mold to be rotated and cooled, and the size of the first mold is larger than the size of the second mold The porous ceramic substrate may be a porous ceramic substrate.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 코어쉘 동결 성형체를 제조하는 단계 및 상기 코어쉘 다공체를 제조하는 단계 사이에, 상기 제1동결 매체 및 상기 제2동결 매체의 과립을 성장시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법일 수 있다.In an embodiment of the present invention, further comprising the step of growing the granules of the first freezing medium and the second freezing medium between the step of producing the core-shell freeze-molded article and the step of producing the core-shell porous article Wherein the porous ceramic substrate is a porous ceramic substrate.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 코어쉘 다공체를 열처리하는 단계는, 진공 상태에서 1100 ℃ 내지 1400 ℃ 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법일 수 있다.In the embodiment of the present invention, the step of heat-treating the core-shell porous body may be performed in a vacuum state at a temperature ranging from 1100 ° C to 1400 ° C.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 일실시예는 다공성 세라믹 지지체 제조방법으로 제조된 다공성 세라믹 지지체를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a porous ceramic support manufactured by a method for manufacturing a porous ceramic support.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 일실시예는 다공성 세라믹 지지체를 포함하는 골 지지체를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a bone support comprising a porous ceramic support.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 일실시예는 120 μm 내지 185 μm의 기공 크기를 갖는 코어 동결 성형체 및 상기 코어 동결 성형체의 표면에 형성된 30 μm 내지 60 μm의 기공 크기를 갖는 쉘 동결 성형체를 포함하고, 30 % 내지 75 %의 기공율을 갖는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a core-freeze-molded article having a pore size of 120 μm to 185 μm and a shell freezing step having a pore size of 30 μm to 60 μm formed on the surface of the core- And a porous ceramic support having a porosity of 30% to 75%.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 코어 동결 성형체의 기공율은 60 % 내지 75 %인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the porosity of the core-freeze-molded body may be 60% to 75%.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 쉘 동결 성형체의 기공율은 20 % 내지 30 %인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the porosity of the shell freeze-molded body may be 20% to 30%.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 코어 동결 성형체의 직경은 5 mm 내지 18 mm인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the core-freezing compact may have a diameter of 5 mm to 18 mm.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 쉘 동결 성형체의 직경은 10 mm 내지 36 mm인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the shell freeze-molded body may have a diameter of 10 mm to 36 mm.
본 발명의 일 효과로서, 내부 및 외부의 기공 크기가 다른 다공성 세라믹 지지체를 동결 주조법을 이용하여 제조할 수 있다.As one effect of the present invention, a porous ceramic support having different pore sizes, both inside and outside, can be manufactured by the freeze casting method.
이때, 상기 기공 크기는 다공성 세라믹 지지체를 제조하기 위한 슬러리 내의 세라믹 분말 및 동결 매체의 함량비에 따라 조절될 수 있으며, 슬러리 내의 세라믹 분말의 농도가 높을수록 기공 크기가 작아져서 치밀골 구조를 나타낼 수 있고, 세라믹 분말의 농도가 낮을수록 기공 크기가 커져서 해면골 구조를 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 다공성 세라믹 지지체는 뼈 구조와 유사하기 때문에 골 지지체로 사용되기에 적합할 수 있다.At this time, the pore size can be controlled according to the content ratio of the ceramic powder and the freezing medium in the slurry for preparing the porous ceramic support, and as the concentration of the ceramic powder in the slurry is higher, the pore size becomes smaller, , And the lower the concentration of ceramic powder, the larger the pore size, and the cancellous bone structure can be exhibited. Thus, the porous ceramic support is similar to the bone structure and thus may be suitable for use as a bone support.
본 발명의 다른 효과로서, 상기 다공성 세라믹 지지체는 골 활성 세라믹을 세라믹 분말로 사용하기 때문에 높은 생체 적합성을 가져서 세포의 증식이 원활하게 이루어질 수 있다.As another effect of the present invention, the porous ceramic support has a high biocompatibility because the bone activated ceramic is used as a ceramic powder, and cell proliferation can be smoothly performed.
또한, 상기 동결 주조법으로 제조된 다공성 세라믹 지지체의 해밀골 구조의 기공 크기가 100 μm 이상이기 때문에, 골 이식재로 사용하기에 적합할 수 있다.In addition, since the pore size of the hamate bone structure of the porous ceramic support manufactured by the above-mentioned freeze casting method is 100 μm or more, it may be suitable for use as a bone graft material.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above effects and include all effects that can be deduced from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 세라믹 지지체 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 세라믹 지지체를 제조하는 과정을 간단하게 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 1의 골 지지체를 나타낸 Micro-CT 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제조예 1의 골 지지체 내부를 나타낸 표면주사현미경 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제1동결 성형체 및 제2동결 성형체의 면적 비율에 따른 골 지지체 단면을 나타낸 Micro-CT 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제1동결 성형체 및 제2동결 성형체의 면적 비율에 따른 골 지지체의 압축 강도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 비교예 2(도 7(A)) 및 제조예 1(도 7(B))의 골 지지체의 외부에 부착된 세포를 나타낸 현광 현미경 이미지이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 비교예 2 및 제조예 1의 골 지지체의 세포 증식 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a porous ceramic support according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view illustrating a process of fabricating a porous ceramic support according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
3 is a micro-CT image showing the bone support of Preparation Example 1 according to an embodiment of the present invention.
4 is an image of a surface scanning microscope showing the inside of a bone support of Production Example 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a micro-CT image showing a cross-section of a bone support according to an area ratio of the first freeze-molded body and the second freeze-molded body according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the compressive strength of a bone support according to the area ratio of the first freeze-molded body and the second freeze-molded body according to an embodiment of the present invention.
7 is a light microscope image showing cells attached to the outside of the bone support of Comparative Example 2 (Fig. 7 (A)) and Production Example 1 (Fig. 7 (B)).
8 is a graph showing cell proliferation results of the bone support of Comparative Example 2 and Preparation Example 1 according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" (connected, connected, coupled) with another part, it is not only the case where it is "directly connected" "Is included. Also, when an element is referred to as " comprising ", it means that it can include other elements, not excluding other elements unless specifically stated otherwise.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이하, 다공성 세라믹 지지체 제조방법에 관하여 설명한다.Hereinafter, a method for manufacturing a porous ceramic support will be described.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 세라믹 지지체 제조방법을 나타낸 순서도이다. 도 1을 참조하면, 상기 다공성 세라믹 지지체 제조방법은 제1세라믹 분말, 제1동결 매체 및 제1분산제를 혼합하여 제1슬러리를 준비하는 단계(S100), 제2세라믹 분말, 제2동결 매체 및 제2분산제를 혼합하여 제2슬러리를 준비하는 단계(S200), 상기 제1슬러리를 동결 주조하여 제1동결 성형체를 제조하는 단계(S300), 상기 제1동결 성형체의 표면에 상기 제2슬러리를 동결 주조하여 제2동결 성형체를 제조하여 코어쉘 동결 성형체를 제조하는 단계(S400), 상기 코어쉘 동결 성형체에서 상기 제1동결 매체 및 상기 제2동결 매체를 제거하여 코어쉘 다공체를 제조하는 단계(S500) 및 상기 코어쉘 다공체를 열처리하는 단계(S600)를 포함할 수 있다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a porous ceramic support according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the porous ceramic support manufacturing method includes preparing a first slurry by mixing a first ceramic powder, a first freezing medium, and a first dispersing agent (S100), a second ceramic powder, a second freezing medium, (S300) of preparing a first slurry by mixing the second dispersant (S200), freezing and casting the first slurry (S300), forming the second slurry on the surface of the first freeze- Preparing a core-shell porous article by removing the first freezing medium and the second freezing medium from the core-shell freeze-molded article (step S400) S500) and heat treating the core-shell porous body (S600).
보다 도식적으로 각 단계를 살펴보면, 도 2는 다공성 세라믹 지지체를 제조하는 과정을 간단하게 나타낸 모식도로, 제1주형 내에 제1슬러리를 주입한 후 동결 건조하고(도 2(A)), 제1주형을 제거하여 제1동결 성형체를 제조한다(도 2(B)). 상기 제1동결 성형체를 제1주형보다 직경이 큰 제2주형 내에 위치시킨 후 제1동결 성형체 및 제2주형 사이의 빈 공간에 제2슬러리를 주입하여 동결 건조한다(도 2(C)). 이후, 제2주형을 제거하여 제2동결 성형체를 제조하여 코어쉘 동결 성형체를 제조하고(도 2(D)), 상기 코어쉘 동결 성형체에서 제1동결 매체 및 제2동결 매체를 제거하여 코어쉘 다공체를 제조하고, 상기 코어쉘 다공체를 열처리하여 다공성 세라믹 지지체를 제조하는 과정(도 2(E))에 대해 나타낸다.FIG. 2 is a schematic view showing a process of manufacturing a porous ceramic support. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a process of preparing a porous ceramic support by injecting a first slurry into a first mold, followed by lyophilization To thereby prepare a first frozen formed body (Fig. 2 (B)). After the first freeze-molded body is placed in a second mold having a diameter larger than that of the first mold, the second slurry is injected into the empty space between the first freeze-molded body and the second mold and lyophilized (FIG. Thereafter, the second mold is removed to produce a second freeze-molded body to produce a core-shell freeze-molded body (FIG. 2 (D)), and the first freezing medium and the second freezing medium are removed from the core- (Fig. 2 (E)) of producing a porous ceramic support and heat-treating the core-shell porous article to produce a porous ceramic support.
먼저, 제1세라믹 분말, 제1동결 매체 및 제1분산제를 혼합하여 제1슬러리를 준비하는 단계(S100)에서 상기 제1슬러리는 유동성이 양호한 상태로 준비되어야 하기 때문에, 동결 매체의 동결 온도 이상의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다.First, in the step (S100) of preparing the first slurry by mixing the first ceramic powder, the first freezing medium and the first dispersing agent, since the first slurry must be prepared in a state of good fluidity, Lt; / RTI > temperature.
상기 제1세라믹 분말의 종류는 골 활성 특성을 갖는 세라믹이라면 제한되지 않고 사용 가능하며, 구체적으로, 상기 제1세라믹 분말은 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite, HA), α-트리칼슘포스페이트(α-tricalcium phosphate, α-TCP), β-트리칼슘포스페이트(β-tricalcium phosphate, β-TCP), 테트라칼슘포스페이트(tetracalcium phosphate, TTCP), 비정질칼슘포스페이트(amorphous calcium phosphate, ACP), 무수칼슘포스페이트(monocalcium phosphate anhydrate, MCPA), 무수디칼슘포스페이트(dicalcium phosphate anhydrate, DCPD), 옥타칼슘포스페이트(octacalcium phosphate, OCP), 모노칼슘포스페이트 모노수화물(monocalcium phosphate monohydrate, MCPM), 디칼슘포스페이트 이수화물(dicalcium phosphate dehydrate, DCPD), Na2O-CaO-SiO2-P2O5, CaOSiO2, P2O5-CaO-Na2O 및 P2O5-CaO-K2O로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.The first ceramic powder may be selected from the group consisting of hydroxyapatite (HA), alpha-tricalcium phosphate (alpha-tricalcium phosphate), and the like. , α-TCP), β-tricalcium phosphate, tetracalcium phosphate (TTCP), amorphous calcium phosphate (ACP), monocalcium phosphate anhydrate , MCPA), dicalcium phosphate anhydrate (DCPD), octacalcium phosphate (OCP), monocalcium phosphate monohydrate (MCPM), dicalcium phosphate dehydrate (DCPD) ), Na 2 O-CaO-SiO 2 -P 2 O 5 , CaOSiO 2 , P 2 O 5 -CaO-Na 2 O and P 2 O 5 -CaO-K 2 O, You can include it. , It specifies that not limited to this.
일 예로, 상기 제1세라믹 분말은 하이드록시아파타이트일 수 있다.For example, the first ceramic powder may be hydroxyapatite.
상기 제1동결 매체는 후술하는 코어쉘 다공체를 제조하는 단계(S500)에서 상기 제1동결 매체를 제거하는 경우에 소요되는 에너지가 과도하지 않는 물질이면 특별히 제한되지 않는다. 다만 바람직하게, 상기 제1동결 매체는 물, 캠핀(Camphene), 캠퍼(Camphor), 나프탈렌(naphthalene) 및 테르페노이드(Terpenoid)계 물질로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 특히, 캠핀은 동결 온도가 35 ℃ 내지 45 ℃이고, 상온에서 용이하게 증발되어 제거될 수 있어 본 발명의 다공성 세라믹 지지체를 제조하는데 있어서 에너지 효율이 향상될 수 있기 때문에 제1동결 매체로 사용될 수 있다.The first freezing medium is not particularly limited as long as the energy required for removing the first freezing medium in step S500 of manufacturing a core-shell porous body described later is not excessive. Preferably, the first freezing medium may include at least one selected from the group consisting of water, Camphene, Camphor, naphthalene and terpenoid, But is not limited thereto. In particular, the camphin can be used as a first freezing medium because the freezing temperature is 35 ° C to 45 ° C and can easily be evaporated and removed at room temperature to improve the energy efficiency in producing the porous ceramic support of the present invention .
상기 제1분산제는 제1동결 매체에 제1세라믹 분말을 분산시키는 역할을 수행하며, 용이하게 건조 증발될 수 있는 물질이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1분산제로서 올리고머 폴리에스터(oligomeric polyester)를 사용할 수 있다.The first dispersing agent serves to disperse the first ceramic powder in the first freezing medium, and may be used without limitation as long as it can be easily dried and evaporated. Specifically, an oligomeric polyester may be used as the first dispersant.
한편, 상기 단계(S100)에서, 추후 제조되는 제1동결 성형체의 기공률, 기공 크기 및 이에 따른 압축 강도 등의 기계적 물성을 제어하기 위하여 제1세라믹 분말 및 제1동결 매체의 함량비를 조절할 수 있다.Meanwhile, in step S100, the content ratio of the first ceramic powder and the first freezing medium may be adjusted in order to control mechanical properties such as porosity, pore size and compressive strength of the first frozen formed body to be manufactured later .
상기 다공성 세라믹 지지체는 뼈 모양과 유사한 구조를 나타낼 수 있으므로, 해면골을 둘러싼 치밀골 구조와 유사할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1동결 매체를 제거한 후의 제1동결 성형체 부분의 다공체 부분은 해면골 구조인 기공 크기가 큰 구조로 제조될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 제1동결 매체를 제거한 후의 제1동결 성형체 부분의 다공체의 기공 크기는 120 μm 내지 185 μm 범위 내에서 조절되고, 기공률은 60 % 내지 75 % 범위 내에서 조절될 수 있다. 따라서, 상기와 같은 기공 크기 및 기공률을 갖는 다공체를 제조하기 위해서는 상기 제1동결 매체의 중량은 상기 제1세라믹 분말 100 중량% 대비 100 중량% 내지 500 중량%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 120 중량% 내지 200 중량%인 수준이 적합할 수 있다. 상기 제1동결 매체의 중량이 상기 제1세라믹 분말 100 중량% 대비 100 중량% 미만일 경우, 동결 주조 후 제1동결 매체를 제거하는 과정에서 제1세라믹 분말 양의 부족으로 인해 추후 제조되는 다공성 세라믹 지지체 구조를 형성하기 어려워 바람직하지 않다. 또한, 상기 제1동결 매체의 중량이 상기 제1세라믹 분말 100 중량% 대비 500 중량% 초과일 경우, 상기 제1슬러리가 추후 제조되는 제1동결 성형체로 제조되기에 적절한 점도를 가지기 어려워 바람직하지 않다.Since the porous ceramic support may exhibit a structure similar to that of a bone, it may be similar to a compact bone structure surrounding the cancellous bone. Accordingly, the porous body portion of the first freeze-molded body portion after removing the first freezing medium can be manufactured to have a large pore size, which is a cancellous bone structure. More specifically, the pore size of the porous article of the first freeze-molded article portion after the removal of the first freeze medium can be adjusted within the range of 120 μm to 185 μm, and the porosity can be adjusted within the range of 60% to 75%. Therefore, in order to produce the porous article having the above-described pore size and porosity, the weight of the first freezing medium may be 100 wt% to 500 wt%, more preferably 120 wt% % To 200% by weight may be suitable. If the weight of the first freezing medium is less than 100% by weight of the first ceramic powder, the amount of the first ceramic powder may be insufficient to remove the first freezing medium from the porous ceramic support So that it is difficult to form a structure. When the weight of the first freezing medium is more than 500 wt% of the first ceramic powder, the first slurry is not preferable because it is difficult to have a proper viscosity because the first slurry is made into a later-prepared first freeze- .
상기 제1분산제의 중량은 상기 제1세라믹 분말 100 중량% 대비 0.1 중량% 내지 10 중량%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.5 중량% 내지 2 중량% 수준이 적합할 수 있다. 상기 제1분산제의 중량은 상기 제1세라믹 분말 100 중량% 대비 0.1 중량% 미만일 경우, 세라믹 분말들이 서로 응집하여 균일한 조성을 갖는 제1슬러리를 제조하기 어려울 수 있어 바람직하지 않다. 또한, 상기 제1분산제의 중량은 상기 제1세라믹 분말 100 중량% 대비 10 중량% 초과일 경우, 후술하는 단계(S500)에서 상기 제1분산제가 충분히 증발되지 못하고, 더욱이 후술하는 단계(S600)에서 다공체의 열처리를 방해할 수 있으며, 제조된 다공성 세라믹 지지체의 강도가 저하될 수 있어 바람직하지 않다.The weight of the first dispersant may be 0.1 wt% to 10 wt%, more preferably 0.5 wt% to 2 wt%, based on 100 wt% of the first ceramic powder. When the weight of the first dispersant is less than 0.1 wt% based on 100 wt% of the first ceramic powder, the ceramic powder may aggregate to form a first slurry having a uniform composition, which is not preferable. If the weight of the first dispersant is more than 10 wt% based on 100 wt% of the first ceramic powder, the first dispersant can not be sufficiently evaporated in step S500 to be described later. In step S600, The heat treatment of the porous body may be hindered, and the strength of the produced porous ceramic support may be lowered.
상기 제1세라믹 분말, 제1동결 매체 및 제1분산제를 보다 균일하게 혼합하기 위하여 볼밀링(ball-miling) 또는 교반을 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 볼밀링으로 제1슬러리를 준비할 수 있는데, 상기 볼밀링은 제1세라믹 분말을 미세하게 분쇄하는 것으로서, 후술하는 단계(S300)에서 제1세라믹 분말의 벽(wall)이 보다 촘촘한 밀도를 가져 다공성 세라믹 지지체가 그 형상을 유지할 수 있도록 하기 위하여 수행될 수 있다.Ball-miling or stirring may be performed to more uniformly mix the first ceramic powder, the first freezing medium, and the first dispersant. Specifically, the first slurry can be prepared by the ball milling. The ball milling finely crushes the first ceramic powder. In the step S300 described below, the wall of the first ceramic powder is made of a finer Density, so that the porous ceramic support can maintain its shape.
그 다음으로, 제2세라믹 분말, 제2동결 매체 및 제2분산제를 혼합하여 제2슬러리를 준비하는 단계(S200)에서 상기 제2슬러리는 유동성이 양호한 상태로 준비되어야 하기 때문에, 동결 매체의 동결 온도 이상의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다.Next, in the step S200 of preparing the second slurry by mixing the second ceramic powder, the second freezing medium and the second dispersing agent, the second slurry must be prepared in a state of good fluidity, so that the freezing of the freezing medium It is preferable that the temperature is higher than the temperature.
상기 제2세라믹 분말의 종류는 골 활성 특성을 갖는 세라믹이라면 제한되지 않고 사용 가능하며, 구체적으로, 상기 제2세라믹 분말은 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite, HA), α-트리칼슘포스페이트(α-tricalcium phosphate, α-TCP), β-트리칼슘포스페이트(β-tricalcium phosphate, β-TCP), 테트라칼슘포스페이트(tetracalcium phosphate, TTCP), 비정질칼슘포스페이트(amorphous calcium phosphate, ACP), 무수칼슘포스페이트(monocalcium phosphate anhydrate, MCPA), 무수디칼슘포스페이트(dicalcium phosphate anhydrate, DCPD), 옥타칼슘포스페이트(octacalcium phosphate, OCP), 모노칼슘포스페이트 모노수화물(monocalcium phosphate monohydrate, MCPM), 디칼슘포스페이트 이수화물(dicalcium phosphate dehydrate, DCPD), Na2O-CaO-SiO2-P2O5, CaOSiO2, P2O5-CaO-Na2O 및 P2O5-CaO-K2O로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.The second ceramic powder is not limited as long as it is a ceramic having bone activity. Specifically, the second ceramic powder may be selected from the group consisting of hydroxyapatite (HA), alpha-tricalcium phosphate , α-TCP), β-tricalcium phosphate, tetracalcium phosphate (TTCP), amorphous calcium phosphate (ACP), monocalcium phosphate anhydrate , MCPA), dicalcium phosphate anhydrate (DCPD), octacalcium phosphate (OCP), monocalcium phosphate monohydrate (MCPM), dicalcium phosphate dehydrate (DCPD) ), Na 2 O-CaO-SiO 2 -P 2 O 5 , CaOSiO 2 , P 2 O 5 -CaO-Na 2 O and P 2 O 5 -CaO-K 2 O, You can include it. , It specifies that not limited to this.
일 예로, 상기 제2세라믹 분말은 하이드록시아파타이트일 수 있다.For example, the second ceramic powder may be hydroxyapatite.
상기 제2동결 매체는 후술하는 코어쉘 다공체를 제조하는 단계(S500)에서 상기 제2동결 매체를 제거하는 경우에 소요되는 에너지가 과도하지 않는 물질이면 특별히 제한되지 않는다. 다만 바람직하게, 상기 제2동결 매체는 물, 캠핀(Camphene), 캠퍼(Camphor), 나프탈렌(naphthalene) 및 테르페노이드(Terpenoid)계 물질로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 특히, 캠핀은 동결 온도가 35 ℃ 내지 45 ℃이고, 상온에서 용이하게 증발되어 제거될 수 있어 본 발명의 다공성 세라믹 지지체를 제조하는데 있어서 에너지 효율이 향상될 수 있기 때문에 제2동결 매체로 사용될 수 있다.The second freezing medium is not particularly limited as long as the energy required for removing the second freezing medium in step S500 of manufacturing a core-shell porous body described later is not excessive. Preferably, the second freezing medium may include at least one selected from the group consisting of water, Camphene, Camphor, naphthalene, and terpenoid, But is not limited thereto. In particular, the camphin can be used as a second freezing medium because the freezing temperature is 35 ° C to 45 ° C and can easily be evaporated and removed at room temperature to improve the energy efficiency in producing the porous ceramic substrate of the present invention .
상기 제2분산제는 제2동결 매체에 제2세라믹 분말을 분산시키는 역할을 수행하며, 용이하게 건조 증발될 수 있는 물질이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2분산제로서 올리고머 폴리에스터(oligomeric polyester)를 사용할 수 있다.The second dispersant serves to disperse the second ceramic powder in the second freezing medium and can be used without limitation as long as it can be easily dried and evaporated. Specifically, an oligomeric polyester may be used as the second dispersant.
한편, 상기 단계(S200)에서, 추후 제조되는 제2동결 성형체의 기공률, 기공 크기 및 이에 따른 압축 강도 등의 기계적 물성을 제어하기 위하여 제2세라믹 분말 및 제2동결 매체의 함량비를 조절할 수 있다.Meanwhile, in step S200, the content ratio of the second ceramic powder and the second freezing medium may be adjusted in order to control mechanical properties such as porosity, pore size and compressive strength of the second frozen formed body to be manufactured later .
상기 다공성 세라믹 지지체는 뼈 모양과 유사한 구조를 나타낼 수 있으므로, 해면골을 둘러싼 치밀골 구조와 유사할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2동결 매체를 제거한 후의 제2동결 성형체 부분의 다공체 부분은 치밀골 구조인 기공 크기가 작은 구조로 제조될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 제2동결 매체를 제거한 후의 제2동결 성형체 부분의 다공체의 기공 크기는 30 μm 내지 60 μm 범위 내에서 조절되고, 기공률은 20 % 내지 30 % 범위 내에서 조절될 수 있다. 따라서, 상기와 같은 기공 크기 및 기공률을 갖는 다공체를 제조하기 위해서는 상기 제2동결 매체의 중량은 상기 제2세라믹 분말 100 중량% 대비 30 중량% 내지 100 중량%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 30 중량% 내지 60 중량%인 수준이 적합할 수 있다. 상기 제2동결 매체의 중량이 상기 제2세라믹 분말 100 중량% 대비 30 중량% 미만일 경우, 동결 주조 후 제2동결 매체를 제거하는 과정에서 다공체의 강도가 너무 약해 쉽게 부서질 우려가 있어 바람직하지 않다. 또한, 상기 제2동결 매체의 중량이 상기 제2세라믹 분말 100 중량% 대비 100 중량% 초과일 경우, 3차원적으로 연결된 기공이 충분하게 성장하지 않을 수 있어 바람직하지 않다.Since the porous ceramic support may exhibit a structure similar to that of a bone, it may be similar to a compact bone structure surrounding the cancellous bone. Accordingly, the porous body portion of the second freeze-molded body portion after the removal of the second freezing medium can be made into a structure having a small pore size, which is a compact bone structure. More specifically, the pore size of the porous article of the second freeze-molded article portion after the removal of the second freeze medium is adjusted within the range of 30 μm to 60 μm, and the porosity can be adjusted within the range of 20% to 30%. Accordingly, in order to produce the porous article having the above-described pore size and porosity, the weight of the second freezing medium may be 30 wt% to 100 wt%, more preferably 30 wt% % To 60% by weight. If the weight of the second freezing medium is less than 30% by weight of the second ceramic powder, the strength of the porous body is too weak to easily break down in the process of removing the second freezing medium after freeze-casting, which is not preferable . In addition, when the weight of the second freezing medium is more than 100% by weight based on 100% by weight of the second ceramic powder, three-dimensionally connected pores may not grow sufficiently, which is not preferable.
상기 제2분산제의 중량은 상기 제2세라믹 분말 100 중량% 대비 0.1 중량% 내지 10 중량%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.5 중량% 내지 2 중량% 수준이 적합할 수 있다. 상기 제2분산제의 중량은 상기 제2세라믹 분말 100 중량% 대비 0.1 중량% 미만일 경우, 세라믹 분말들이 서로 응집하여 균일한 조성을 갖는 제2슬러리를 제조하기 어려울 수 있어 바람직하지 않다. 또한, 상기 제2분산제의 중량은 상기 제2세라믹 분말 100 중량% 대비 10 중량% 초과일 경우, 후술하는 단계(S500)에서 상기 제2분산제가 충분히 증발되지 못하고, 더욱이 후술하는 단계(S600)에서 다공체의 열처리를 방해할 수 있으며, 제조된 다공성 세라믹 지지체의 강도가 저하될 수 있어 바람직하지 않다.The weight of the second dispersant may be 0.1 wt% to 10 wt%, more preferably 0.5 wt% to 2 wt%, based on 100 wt% of the second ceramic powder. If the weight of the second dispersant is less than 0.1% by weight based on 100% by weight of the second ceramic powder, the ceramic powder may aggregate to form a second slurry having a uniform composition, which is not preferable. If the weight of the second dispersant is more than 10% by weight based on 100% by weight of the second ceramic powder, the second dispersant can not be sufficiently evaporated in step S500 to be described later. Further, in step S600 The heat treatment of the porous body may be hindered, and the strength of the produced porous ceramic support may be lowered.
상기 제2세라믹 분말, 제2동결 매체 및 제2분산제를 보다 균일하게 혼합하기 위하여 볼밀링(ball-miling) 또는 교반을 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 볼밀링으로 제2슬러리를 준비할 수 있는데, 상기 볼밀링은 제2세라믹 분말을 미세하게 분쇄하는 것으로서, 후술하는 단계(S400)에서 제2세라믹 분말의 벽(wall)이 보다 촘촘한 밀도를 가져 다공성 세라믹 지지체가 그 형상을 유지할 수 있도록 하기 위하여 수행될 수 있다.Ball-miling or stirring may be performed to more uniformly mix the second ceramic powder, the second freezing medium and the second dispersant. Specifically, the second slurry can be prepared by the ball milling. The ball milling finely crushes the second ceramic powder. In the step (S400) described later, the wall of the second ceramic powder has a finer Density, so that the porous ceramic support can maintain its shape.
그 다음으로는, 상기 제1슬러리를 동결 주조하여 제1동결 성형체를 제조하는 단계(S300)는 상기 제1슬러리가 제1주형에 주입되어 회전 및 냉각되는 단계를 포함할 수 있다.Next, the step (S300) of producing a first freeze-molded body by freezing the first slurry may include injecting the first slurry into the first mold, rotating and cooling the same.
전술한 단계(S100)에서 준비된 제1슬러리는 일정한 형상을 가지는 제1주형에 주입되어 제1주형 내부에서 제1주형과 함께 회전되며 냉각되어 제1동결 성형체를 제조하게 된다. 이때, 제1슬러리가 주입되는 제1주형은 다공성 세라믹 지지체가 사용되는 분야에 따라서 다양한 형상으로 제조될 수 있다. 일 예로, 상기 제1주형은 폴리에틸렌 또는 알루미늄을 이용하여 제조될 수 있다.The first slurry prepared in step S100 is injected into a first mold having a predetermined shape, rotated together with the first mold in the first mold, and cooled to produce the first freeze-molded body. At this time, the first mold into which the first slurry is injected may be manufactured into various shapes according to the field in which the porous ceramic support is used. As an example, the first template may be made of polyethylene or aluminum.
구체적으로, 상기 단계(S300)에서는 제1슬러리를 제1주형 내에서 일정한 속도 범위로 회전시키므로써 제1슬러리에서의 제1세라믹 분말의 침전을 방지하며, 이러한 상태에서 제1슬러리를 냉각시킴으로써 제1동결 성형체를 제조할 수 있게 된다. 이는 제1동결 매체 내에서 침전하려는 제1세라믹 분말에 대하여 외부에서 일정한 구동력을 가함으로써 강제적으로 제1동결 매체에 균일하게 분포시키는 원리를 이용한 것이다.Specifically, in step S300, the first slurry is rotated in a predetermined speed range in the first mold to prevent precipitation of the first ceramic powder in the first slurry. By cooling the first slurry in this state, 1 < / RTI > This is based on the principle that the first ceramic powder to be precipitated in the first freeze medium is uniformly distributed to the first freeze medium by applying a constant driving force from the outside.
이때, 제1주형의 회전 속도는 제1회전 속도 내지 제2회전 속도의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 상기 제1회전 속도는 제1세라믹 분말이 제1동결 매체에서 침전되려는 힘과 동일한 외부 구동력을 발생시키는 회전 속도를 의미하며, 상기 제2회전 속도는 원심 분리 효과로 인해 제1세라믹 분말이 분리되려는 힘과 동일한 외부구동력을 발생시키는 회전 속도를 의미한다.At this time, it is preferable that the rotational speed of the first mold is within the range of the first rotational speed to the second rotational speed. The first rotational speed means a rotational speed at which the first ceramic powder generates an external driving force equal to a force to be settled in the first freezing medium and the second rotational speed is a rotational speed at which the first ceramic powder Means the rotational speed at which an external driving force equal to the force is generated.
제1주형의 회전 속도가 특정한 제1회전 속도보다 느릴 경우에는 제1세라믹 분말이 제1동결 매체에서 침전되려는 힘이 제1주형의 회전으로 인해 생기는 외부 구동력보다 크기 때문에 제1동결 매체와 제1세라믹 분말 간의 층 분리가 일어나 바람직하지 않다. 반면에서 제1주형의 회전 속도가 특정한 제2회전 속도보다 빠를 경우에는 제1세라믹 분말이 제1동결 매체에서 침전되려는 힘보다 회전으로 인해 생기는 외부 구동력이 커져서 밀도차가 있는 제1세라믹 분말과 제1동결 매체가 원심 분리 효과로 인해 층 분리가 일어날 수 있어 바람직하지 않다.When the rotational speed of the first mold is slower than the first rotational speed, the force to deposit the first ceramic powder in the first freezing medium is larger than the external driving force caused by the rotation of the first mold, Layer separation occurs between the ceramic powders, which is undesirable. On the other hand, when the rotational speed of the first mold is faster than the specific second rotational speed, the external driving force generated due to the rotation of the first ceramic powder is greater than the force to be precipitated in the first freezing medium, so that the first ceramic powder, The freezing medium may cause layer separation due to the centrifugal effect, which is not preferable.
한편, 상기 단계(S300)에서는 동결 온도의 조절을 통해 제조되는 다공성 세라믹 지지체의 기공률 및 기공 크기를 제어할 수 있다. 즉, 제1슬러리가 회전되며 냉각되는 동안의 동결 온도를 다양하게 변화시킴으로써 제1동결 매체의 응결상의 간격을 조절하여 기공률 및 기공 크기를 제어할 수 있다. 이러한 원리는 일반적으로 동결 온도가 낮을수록 핵 생성속도가 빨라지게 되어 제1동결 매체의 응결상의 간격이 좁아지게 되므로, 후술되는 단계(S500)에 의해 제1동결 매체의 응결상을 제거하게 되면 상대적으로 낮은 동결 온도의 경우에는 작은 크기의 기공을 이루게 되고 상대적으로 높은 동결 온도의 경우에는 큰 크기의 기공을 이루게 되는 것을 이용하여, 다공성 세라믹 지지체의 기공률, 기공 크기 등을 제어하는 것이다.Meanwhile, in step S300, the porosity and the pore size of the porous ceramic support prepared through controlling the freezing temperature can be controlled. That is, the porosity and the pore size can be controlled by adjusting the interval of the coagulation phase of the first freezing medium by variously changing the freezing temperature during the rotation of the first slurry. Generally, the lower the freezing temperature is, the faster the nucleation rate becomes, and the interval of the condensation phase of the first freezing medium becomes narrow. Therefore, if the condensation phase of the first freezing medium is removed by the step S500 described later, The porosity and the pore size of the porous ceramic support are controlled by using a small size pore at a low freezing temperature and a large size pore at a relatively high freezing temperature.
하지만, 상기 동결 온도는 상기 제1동결 매체의 동결 온도 이하의 범위에서 조절되는 것이 바람직하며, 일 예로, 상기 제1동결 매체가 캠핀이면, 캠핀의 동결 온도가 51 ℃ 내지 52 ℃ 이기 때문에, 상기 동결 주조 시의 온도는 약 42 ℃일 수 있다.However, it is preferable that the freezing temperature is adjusted within a range below the freezing temperature of the first freezing medium. For example, when the first freezing medium is a cam pin, the freezing temperature of the cam pin is 51 ° C to 52 ° C, The temperature at the time of freezing casting may be about 42 ° C.
그 다음으로, 상기 제1동결 성형체의 표면에 상기 제2슬러리를 동결 주조하여 제2동결 성형체를 제조하여 코어쉘 동결 성형체를 제조하는 단계(S400)는 상기 제1동결 성형체를 제1주형에서 분리시킨 후, 제1주형보다 직경이 큰 제2주형 내에 위치시킨 다음, 제1동결 성형체 및 제2주형 사이의 빈 공간에 제2슬러리를 주입하여 회전 및 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다.Next, the step (S400) of manufacturing a core-shell freeze-molded body by manufacturing a second freeze-molded body by freezing the second slurry on the surface of the first freeze-molded body includes separating the first freeze- And then rotating and cooling the second slurry by injecting the second slurry into the empty space between the first freeze-molded body and the second mold, and then placing the second slurry in a second mold having a larger diameter than the first mold.
이때, 제1동결 성형체가 위치되고 제2슬러리가 주입되는 제2주형은 다공성 세라믹 지지체가 사용되는 분야에 따라서 다양한 형상으로 제조될 수 있다. 일 예로, 상기 제2주형은 폴리에틸렌 또는 알루미늄을 이용하여 제조될 수 있다.At this time, the second mold in which the first freeze-molded body is placed and the second slurry is injected may be manufactured in various shapes according to the field in which the porous ceramic substrate is used. As an example, the second mold may be manufactured using polyethylene or aluminum.
구체적으로, 상기 단계(S400)에서는 제2슬러리를 제2주형 내에서 일정한 속도 범위로 회전시키므로써 제2슬러리에서의 제2세라믹 분말의 침전을 방지하며, 이러한 상태에서 제2슬러리를 냉각시킴으로써 제2동결 성형체를 제조할 수 있게 된다. 이는 제2동결 매체 내에서 침전하려는 제2세라믹 분말에 대하여 외부에서 일정한 구동력을 가함으로써 강제적으로 제2동결 매체에 균일하게 분포시키는 원리를 이용한 것이다.Specifically, in step S400, the second slurry is rotated in a predetermined speed range in the second mold to prevent precipitation of the second ceramic powder in the second slurry, and by cooling the second slurry in this state, 2 frozen shaped body can be produced. This is based on the principle that the second ceramic powder to be settled in the second freezing medium is forcedly distributed uniformly to the second freezing medium by externally applying a constant driving force.
이때, 제2주형의 회전 속도는 제3회전 속도 내지 제4회전 속도의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 상기 제3회전 속도는 제2세라믹 분말이 제2동결 매체에서 침전되려는 힘과 동일한 외부 구동력을 발생시키는 회전 속도를 의미하며, 상기 제4회전 속도는 원심 분리 효과로 인해 제2세라믹 분말이 분리되려는 힘과 동일한 외부구동력을 발생시키는 회전 속도를 의미한다.At this time, the rotational speed of the second mold is preferably in the range of the third rotational speed to the fourth rotational speed. The third rotational speed means a rotational speed at which the second ceramic powder generates an external driving force equal to a force to be settled in the second freezing medium, and the fourth rotational speed is a rotational speed at which the second ceramic powder Means the rotational speed at which an external driving force equal to the force is generated.
제2주형의 회전 속도가 특정한 제3회전 속도보다 느릴 경우에는 제2세라믹 분말이 제2동결 매체에서 침전되려는 힘이 제2주형의 회전으로 인해 생기는 외부 구동력보다 크기 때문에 제2동결 매체와 제2세라믹 분말 간의 층 분리가 일어나 바람직하지 않다. 반면에서 제2주형의 회전 속도가 특정한 제4회전 속도보다 빠를 경우에는 제2세라믹 분말이 제2동결 매체에서 침전되려는 힘보다 회전으로 인해 생기는 외부 구동력이 커져서 밀도차가 있는 제2세라믹 분말과 제2동결 매체가 원심 분리 효과로 인해 층 분리가 일어날 수 있어 바람직하지 않다.When the rotational speed of the second mold is slower than the specified third rotational speed, the force to precipitate the second ceramic powder in the second freezing medium is larger than the external driving force caused by the rotation of the second mold, Layer separation occurs between the ceramic powders, which is undesirable. On the other hand, when the rotation speed of the second mold is faster than the specific fourth rotation speed, the external driving force generated by rotation of the second ceramic powder due to the rotation of the second ceramic powder is larger than the force to be precipitated in the second freezing medium, The freezing medium may cause layer separation due to the centrifugal effect, which is not preferable.
한편, 상기 단계(S400)에서는 동결 온도의 조절을 통해 제조되는 다공성 세라믹 지지체의 기공률 및 기공 크기를 제어할 수 있다. 즉, 제2슬러리가 회전되며 냉각되는 동안의 동결 온도를 다양하게 변화시킴으로써 제2동결 매체의 응결상의 간격을 조절하여 기공률 및 기공 크기를 제어할 수 있다. 이러한 원리는 일반적으로 동결 온도가 낮을수록 핵 생성속도가 빨라지게 되어 제2동결 매체의 응결상의 간격이 좁아지게 되므로, 후술되는 단계(S500)에 의해 제2동결 매체의 응결상을 제거하게 되면 상대적으로 낮은 동결 온도의 경우에는 작은 크기의 기공을 이루게 되고 상대적으로 높은 동결 온도의 경우에는 큰 크기의 기공을 이루게 되는 것을 이용하여, 다공성 세라믹 지지체의 기공률, 기공 크기 등을 제어하는 것이다.Meanwhile, in step S400, the porosity and the pore size of the porous ceramic support manufactured through the control of the freezing temperature can be controlled. That is, the porosity and pore size can be controlled by adjusting the interval of the coagulation phase of the second freezing medium by variously changing the freezing temperature during the rotation of the second slurry. Generally, the lower the freezing temperature is, the faster the nucleation rate becomes, and the interval of the condensation phase of the second freezing medium becomes narrower. Therefore, if the condensation phase of the second freezing medium is removed by the step S500 described later, The porosity and the pore size of the porous ceramic support are controlled by using a small size pore at a low freezing temperature and a large size pore at a relatively high freezing temperature.
하지만, 상기 동결 온도는 상기 제2동결 매체의 동결 온도 이하의 범위에서 조절되는 것이 바람직하며, 상기 제1동결 성형체보다 기공 크기가 작게 제조되야 하기 때문에, 전술한 단계(S300)보다 동결 온도가 낮은 범위가 바람직하다. 일 예로, 상기 제1동결 매체가 캠핀이면, 캠핀의 동결 온도가 51 ℃ 내지 52 ℃ 이기 때문에, 상기 동결 주조 시의 온도는 약 35 ℃일 수 있다.However, it is preferable that the freezing temperature is controlled within a range below the freezing temperature of the second freezing medium, and since the pore size is smaller than that of the first freeze-molded body, the freezing temperature is lower than the freezing temperature Range is preferred. For example, if the first freezing medium is a cam pin, since the freezing temperature of the cam pin is 51 ° C to 52 ° C, the temperature during the freezing casting may be about 35 ° C.
상기 단계(S400)에서 제2동결 성형체를 제조하게 되면, 전술한 단계(S300)에서 제조된 제1동결 성형체가 코어 성형체가 되고, 제2동결 성형체가 쉘 성형체가 되기 때문에, 최종적으로 코어셀 동결 성형체가 제조될 수 있다.When the second freeze-molded body is manufactured in the step S400, the first freeze-molded body manufactured in the above-described step S300 becomes the core-formed body, and the second freeze-molded body becomes the shell-formed body, A molded body can be manufactured.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 코어쉘 동결 성형체를 제조하는 단계 이후에, 상기 코어쉘 동결 성형체가 기공률, 기공 크기, 기공간 3차원적 연결성 등 다공성 세라믹 지지체로서의 기공 특성을 확보하기 위하여 상기 제1동결 매체 및 상기 제2동결 매체의 과립을 성장시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 코어쉘 동결 성형체를 회전시키면서 동결 온도 부근의 일정 온도 범위에서 유지하여, 응결된 제1동결 매체 및 제2동결 매체의 과립을 성장시키는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, after the step of manufacturing the core-shell freeze-molded article, the core-shell freeze-molded article may be subjected to the steps of: 1 freezing medium and granules of the second freezing medium. More specifically, the step of rotating the core-shell freeze-molded body while maintaining the core-shell freeze-molded body at a predetermined temperature range near the freezing temperature may include growing the granules of the first freezing medium and the second freezing medium.
상기 제1동결 매체 및 상기 제2동결 매체의 과립을 성장시키는 단계는 응결된 제1동결 매체 및 제2동결 매체의 국부적 재용융 현상을 이용할 수 있다.The step of growing the granules of the first freezing medium and the second freezing medium may utilize a local remelting phenomenon of the frozen first freezing medium and the second freezing medium.
이러한 과정을 위해 상기 제1동결 매체 및 상기 제2동결 매체의 과립을 성장시키는 단계에서는 상기 코어쉘 동결 성형체를 제1동결 매체 및 제2동결 매체의 동결 온도 내지 동결 온도의 -20 ℃ 범위에서 일정한 시간 동안 유지시켜 응결상을 성장시킨다. 상기 제1동결 매체 및 제2동결 매체의 동결 온도보다 초과하는 온도에서 수행될 경우, 상기 제1동결 매체 및 제2동결 매체가 전체적으로 용융되어 코어쉘 동결 성형체가 붕괴되어 바람직하지 않다. 또한, 상기 제1동결 매체 및 제2동결 매체의 동결 온도보다 너무 낮은 온도에서 수행될 경우, 과립 성장이 일어나지 않거나 매우 느리게 진행되기 때문에 기공 크기 증가에 필요한 시간이 길어지는 문제점이 있어 바람직하지 않다.In the step of growing the granules of the first freezing medium and the second freezing medium for this process, the core-shell freeze-molded body is heated to a constant temperature of -20 캜 of the freezing temperature and the freezing temperature of the first freezing medium and the second freezing medium For a period of time to grow the coagulated phase. When the temperature is higher than the freezing temperature of the first freezing medium and the second freezing medium, it is not preferable that the first freezing medium and the second freezing medium are entirely melted and the core shell freezing compact is collapsed. In addition, when the temperature is lower than the freezing temperature of the first freezing medium and the second freezing medium, since the granulation does not occur or occurs very slowly, the time required for increasing the pore size is prolonged.
일 예로, 제1동결 매체 및 제2동결 매체로서 캠핀을 사용하는 경우에는 25 ℃ 내지 45 ℃의 온도에서 코어쉘 동결 성형체를 일정한 시간 동안 유지하여 응결상을 성장시킨다.For example, when the camphin is used as the first freezing medium and the second freezing medium, the core shell freeze-molded body is maintained at a temperature of 25 캜 to 45 캜 for a predetermined time to grow a coagulated phase.
그 다음으로, 상기 코어쉘 동결 성형체에서 상기 제1동결 매체 및 상기 제2동결 매체를 제거하여 코어쉘 다공체를 제조한다(S500).Next, the core-shell porous article is prepared by removing the first freezing medium and the second freezing medium from the core-shell freeze-molded article (S500).
상기 단계(S500)에서, 제1동결 매체 및 제2동결 매체는 동결 건조, 승화 및 용해 중 어느 하나 이상의 방법을 이용하여 상기 코어쉘 동결 성형체로부터 제거될 수 있다. 즉, 상기 코어쉘 동결 성형체가 동결된 상태에서 진공 처리하여 급속하게 건조시킴으로써 제1동결 매체 및 제2동결 매체를 승화시키거나 동결된 상태의 제1동결 매체 및 제2동결 매체를 용해시킴으로써 상기 코어쉘 동결 성형체에서 제1동결 매체 및 제2동결 매체가 존재하던 부분들이 다공체에서의 기공으로 형성되게 된다.In the above step (S500), the first freezing medium and the second freezing medium may be removed from the core-shell freeze-molded body by using any one of lyophilization, sublimation and dissolution. That is, by vacuum-treating the core-shell freeze-molded article in a frozen state and rapidly drying it, the first freezing medium and the second freezing medium are sublimated, or the first freezing medium and the second freezing medium in a frozen state are dissolved, Portions in which the first freezing medium and the second freezing medium exist in the shell freeze-molded body are formed as pores in the porous body.
마지막으로, 상기 코어쉘 다공체를 열처리한다(S600).Finally, the core-shell porous body is heat-treated (S600).
상기 코어쉘 다공체를 열처리함으로 인해, 상기 코어쉘 다공체에 생체 뼈 조직과 유사한 탄성률 및 강성과 같은 기계적 특성을 부여할 수 있다.By heat treating the core-shell porous body, the core-shell porous body can be imparted with mechanical properties such as elasticity and stiffness similar to those of a living bone tissue.
이때, 열처리 온도는 사용되는 제1세라믹 분말 및 제2세라믹 분말에 따라 다양하게 적용될 수 있다. 구체적인 예시로서, 상기 제1세라믹 분말 또는 상기 제2세라믹 분말이 하이드록시아파타이트일 경우, 1100 ℃ 내지 1400 ℃ 온도 범위에서 열처리가 수행될 수 있다. 상기 열처리 온도가 1100 ℃ 미만일 경우, 다공체를 구성하는 그레인(grain)들이 제대로 형성되지 않을 수 있어 원하는 강도를 획득하기 어려워 바람직하지 않으며, 상기 열처리 온도가 1400 ℃ 초과일 경우, 열처리된 다공체의 일부가 녹아서 흘러 내리게되는 문제가 생길 수 있어 바람직하지 않다.At this time, the heat treatment temperature can be variously applied according to the first ceramic powder and the second ceramic powder to be used. As a concrete example, when the first ceramic powder or the second ceramic powder is hydroxyapatite, heat treatment may be performed at a temperature range of 1100 ° C to 1400 ° C. If the heat treatment temperature is less than 1100 ° C, the grains constituting the porous body may not be properly formed and it is difficult to obtain a desired strength. If the heat treatment temperature is higher than 1400 ° C, a part of the heat- There is a problem that it melts and flows down, which is undesirable.
상기 단계(S600)는 산소와 같은 부반응물에 의하여 다공체가 산화되어 불필요한 불순물이 다공체 내에 혼입되는 문제를 근본적으로 차단시키기 위하여 진공 상태에서 진행될 수도 있다.The step S600 may be performed in a vacuum state in order to fundamentally block the problem that the porous body is oxidized by the non-reactant such as oxygen and the unnecessary impurities are mixed into the porous body.
이때, 특별하게 진공 상태의 진공도를 한정할 필요는 없지만, 보다 바람직하게는 0.5 × 10-6 Torr 내지 1.0 × 10-6 Torr 범위가 적합할 수 있다. 상기 진공도가 0.5 × 10-6 Torr 미만일 경우에는, 진공의 효과가 없어서 다공체가 산화될 수 있고, 상기 진공도가 1.0 × 10-6 Torr 초과일 경우에는 고진공으로 인한 불필요한 제조비용이 증가될 수 있어 바람직하지 않다.At this time, there is no particular need to limit the degree of vacuum in the vacuum state, but more preferably 0.5 占10-6 Torr to 1.0 占10-6 Torr may be suitable. When the degree of vacuum is less than 0.5 x 10 < -6 > Torr, there is no effect of vacuum and the porous body can be oxidized. When the degree of vacuum is more than 1.0 x 10-6 Torr, unnecessary manufacturing cost due to high vacuum can be increased I do not.
이하, 다공성 세라믹 지지체 제조방법으로 제조된 다공성 세라믹 지지체에 대하여 설명한다.Hereinafter, a porous ceramic support manufactured by the method for manufacturing a porous ceramic support will be described.
상기 다공성 세라믹 지지체는 내부의 다공체를 동결 주조법으로 제조한 후, 내부의 다공체 표면에 외부의 다공체를 동결 주조법으로 제조하여 코어쉘 형태로 제조될 수 있다. 이는 일반적인 뼈의 구조인 해면골의 코어 형태 및 치밀골의 쉘 형태와 유사하게 제조하여, 우수한 기계적 물성 및 생체적 물성을 나타내게 하기 위함이다.The porous ceramic support may be manufactured in the form of a core shell by preparing an inner porous body by a freeze casting method, and then forming an outer porous body on the inner porous body by a freeze casting method. This is made similar to the core type of cancellous bone, which is a general bone structure, and the shell form of fine bone, in order to exhibit excellent mechanical properties and biological properties.
상기 다공성 세라믹 지지체의 기공 크기 및 기공률은 다공성 세라믹 지지체를 제조하기 위한 원료인 세라믹 분말 및 동결 매체의 함량비의 조절로 인해 조절할 수 있으며, 원료 내에서 세라믹 분말의 농도가 높을수록, 기공 크기가 작아져 치밀골 구조를 나타낼 수 있게 된다.The pore size and the porosity of the porous ceramic support can be controlled by adjusting the content ratio of the ceramic powder and the freezing medium as raw materials for producing the porous ceramic support. The higher the concentration of the ceramic powder in the raw material, the smaller the pore size So that it is possible to display a compacted bone structure.
또한, 상기 다공성 세라믹 지지체의 기공 크기 및 기공률을 조절할 수 있는 요인으로, 전술한 세라믹 분말 및 동결 매체의 함량비 이외에도, 동결 주조 시의 동결 온도가 있는데, 동결 온도가 낮을수록 기공 크기가 작아져 치밀골 구조를 나타낼 수 있게 된다.In addition to the content ratio of the ceramic powder and the freezing medium, there is a freezing temperature at the time of freezing casting. The lower the freezing temperature, the smaller the pore size and the smaller the pore size of the porous ceramic support. Structure can be expressed.
이하, 다공성 세라믹 지지체를 포함하는 골 지지체에 대하여 설명한다.Hereinafter, a bone support including a porous ceramic support will be described.
상기 다공성 세라믹 지지체는 이는 일반적인 뼈의 구조인 해면골의 코어 형태 및 치밀골의 쉘 형태와 유사하게 제조되어 골 지지체로 응용될 수 있다.The porous ceramic support may be manufactured in a similar manner to that of a core of a cancellous bone and a shell of a fine bone, which are general bone structures, and can be applied as a bone support.
이하, 다공성 세라믹 지지체에 대하여 설명한다.Hereinafter, the porous ceramic support will be described.
상기 다공성 세라믹 지지체는 120 μm 내지 185 μm의 기공 크기를 갖는 코어 동결 성형체 및 상기 코어 동결 성형체의 표면에 형성된 30 μm 내지 60 μm의 기공 크기를 갖는 쉘 동결 성형체를 포함할 수 있다.The porous ceramic support may include a core-freeze-molded body having a pore size of 120 μm to 185 μm and a shell-freeze-molded body having a pore size of 30 μm to 60 μm formed on the surface of the core-freeze-molded body.
상기 다공성 세라믹 지지체는 골 지지체 용도로 사용될 수 있기 때문에, 뼈와 유사한 수준의 구조를 가져야 하며, 우수한 기계적 특성 및 생체적 특성을 나타내야 한다. 따라서, 상기 다공성 세라믹 지지체는 일반적인 뼈의 구조인 해면골의 코어 형태 및 치밀골의 쉘 형태와 유사한 구조를 나타내야 한다.Because the porous ceramic support can be used for bone support applications, it should have a similar level of structure to bone and exhibit good mechanical and biological properties. Therefore, the porous ceramic support should exhibit a structure similar to that of the core of the cancellous bone and the shell of the fine bone, which are general bone structures.
상기 코어 동결 성형체는 직경은 상기 다공성 세라믹 지지체의 사용 용도에 따라 한정되지 않을 수 있으나, 골 지지체로 사용되기에 바람직한 수준으로는 5 mm 내지 18 mm일 수 있다. 상기 코어 동결 성형체가 상기 해면골의 코어 형태와 유사한 구조를 나타내기 위해서는 기공 크기가 수십 μm 이상으로 조절되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 120 μm 내지 185 μm 범위가 적합할 수 있다. 따라서, 상기 코어 동결 성형체가 5 mm 내지 18 mm 직경 내에서 120 μm 내지 185 μm 기공 크기를 갖게 되면, 상기 코어 동결 성형체의 기공율은 60 % 내지 75 %일 수 있다.The diameter of the core-freeze-molded body may not be limited depending on the intended use of the porous ceramic support, but may be in the range of 5 mm to 18 mm, which is desirable for use as a bone support. In order for the core-freeze-molded body to exhibit a structure similar to that of the core of the cancellous bone, it is preferable that the pore size is controlled to be several tens μm or more, more preferably 120 μm to 185 μm. Accordingly, if the core-freezing molded article has a pore size of 120 to 185 μm in a diameter of 5 mm to 18 mm, the porosity of the core-freeze-molded article may be 60% to 75%.
상기 쉘 동결 성형체는 직경은 상기 다공성 세라믹 지지체의 사용 용도에 따라 한정되지 않을 수 있으나, 상기 코어 동결 성형체보다는 직경이 길어야 한다. 이에 따라 골 지지체로 사용되기에 바람직한 수준으로는 10 mm 내지 36 mm일 수 있다. 상기 쉘 동결 성형체가 상기 치밀골의 쉘 형태와 유사한 구조를 나타내기 위해서는 기공 크기가 수십 μm 이하로 조절되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 30 μm 내지 60 μm 범위가 적합할 수 있다. 따라서, 상기 쉘 동결 성형체가 10 mm 내지 36 mm 직경 내에서 120 μm 내지 185 μm 기공 크기를 갖게 되면, 상기 쉘 동결 성형체의 기공율은 20 % 내지 30 %일 수 있다.The diameter of the shell freeze-molded body may not be limited depending on the use of the porous ceramic support, but the diameter of the shell freeze-molded body must be longer than that of the core freeze-molded body. Thus, a preferred level for use as a bone support may be 10 mm to 36 mm. In order for the shell freeze-molded body to exhibit a structure similar to that of the compact bone, it is preferable that the pore size is controlled to a few tens of micrometers or less, more preferably 30 to 60 micrometers. Accordingly, if the shell freeze-molded article has a pore size of 120 μm to 185 μm in a diameter of 10 mm to 36 mm, the porosity of the shell freeze-molded article may be 20% to 30%.
이에 따라, 상기 코어 동결 성형체 및 상기 쉘 동경 성형체를 포함하는 다공서 세라믹 지지체의 기공율은 30 % 내지 75 % 수준일 수 있다.Accordingly, the porosity of the porous ceramic support including the core-freeze-molded body and the shell-shaped-formed body may be in the range of 30% to 75%.
이하, 본 발명의 제조예 및 실험예를 기재한다. 그러나, 이들 제조예 및 실험예는 본 발명의 구성 및 효과를 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아님을 명시한다.Hereinafter, Preparation Examples and Experimental Examples of the present invention will be described. However, these production examples and experimental examples are intended to explain the constitution and effect of the present invention more specifically, and the scope of the present invention is not limited thereto.
[제조예 1][Production Example 1]
코어쉘Core shell 형태의 골 지지체 제조 Form of bone support manufacturing
제1세라믹 분말로서 하이드록시아파타이트 7.6 g(Alfa Aesar, Ward Hill, MA, USA), 제1동결 매체로서 캠핀(C10H16) 11 g 및 제1분산제로서 올리고머 폴리에스터(Hypermer KD-4, UniQema, Everburg, Belgium) 0.076 g을 60 ℃ 온도 하에서 24 시간 동안 볼밀링(Ball-milling)하여 제1슬러리를 준비하였다. 상기 제1슬러리를 10 mm 직경의 폴리에틸렌 소재의 제1주형에 주입하고 42 ℃ 온도 하에서 24 시간 동안 동결 주조하여 제1동결 성형체를 제조하였다. 상기 제1동결 성형체를 상기 제1주형으로부터 분리시킨 후 20 mm 직경의 폴리에틸렌 소재의 제2주형에 다시 고정시켰다.(Alfa Aesar, Ward Hill, Mass., USA) as a first ceramic powder, 11 g of a camphine (C 10 H 16 ) as a first freezing medium and 10 g of an oligomer polyester (Hypermer KD- UniQema, Everburg, Belgium) was ball-milled at 60 ° C for 24 hours to prepare a first slurry. The first slurry was poured into a first polyethylene mold having a diameter of 10 mm and freeze-cast at 42 ° C for 24 hours to prepare a first freeze-molded body. The first freeze-molded body was detached from the first mold and fixed again to a second mold made of polyethylene having a diameter of 20 mm.
다음으로, 제2세라믹 분말로서 하이드록시아파타이트 16 g(Alfa Aesar, Ward Hill, MA, USA), 제2동결 매체로서 캠핀(C10H16) 9.4 g 및 제2분산제로서 올리고머 폴리에스터(Hypermer KD-4, UniQema, Everburg, Belgium) 0.16 g을 60 ℃ 온도 하에서 24 시간 동안 볼밀링(Ball-milling)하여 제2슬러리를 준비하였다. 상기 제2슬러리를 제2주형 내의 빈 공간에 주입한 후 42 ℃ 온도 하에서 24 시간 동안 동결 주조하여 제2동결 성형체를 제조하여 코어쉘 동결 성형체를 제조하였다.Next, 9.4 g of a camphin (C 10 H 16 ) as a second freezing medium and 5 g of an oligomer polyester (Hypermer KD) as a second dispersing agent were added as a second ceramic powder, 16 g of hydroxyapatite (Alfa Aesar, Ward Hill, MA, USA) -4, UniQema, Everburg, Belgium) was ball-milled at 60 ° C for 24 hours to prepare a second slurry. The second slurry was poured into an empty space in a second mold and freeze-cast for 24 hours at a temperature of 42 ° C to prepare a second freeze-molded body to prepare a core-shell freeze-molded body.
이후, 상기 제2주형으로부터 코어쉘 동결 성형체를 분리하고, 제1동결 매체 및 제2동결 매체를 제거하기 위하여 1.0×10-6 Torr의 진공 분위기에서 -34 ℃를 유지하여 코어쉘 다공체를 제조하였다. 상기 코어쉘 다공체를 7 ℃/min의 승온 속도로 1250 ℃까지 승온한 후, 2 시간 동안 유지시켜 골 지지체를 제조하였다.Thereafter, the core-shell freeze-molded body was separated from the second mold, and the core-shell porous article was prepared by maintaining the temperature at -34 ° C in a vacuum atmosphere of 1.0 × 10 -6 Torr in order to remove the first freezing medium and the second freezing medium . The core-shell porous body was heated to 1250 ° C at a heating rate of 7 ° C / min and maintained for 2 hours to prepare a bone support.
[제조예 2][Production Example 2]
코어쉘Core shell 형태의 골 지지체 제조 Form of bone support manufacturing
상기 제조예 1에서, 13.3 mm 직경의 제1주형을 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 수행하여 골 지지체를 제조하였다.A bone support was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that a first template having a diameter of 13.3 mm was used.
[제조예 3][Production Example 3]
코어쉘Core shell 형태의 골 지지체 제조 Form of bone support manufacturing
상기 제조예 1에서, 16.7 mm 직경의 제1주형을 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 수행하여 골 지지체를 제조하였다.In Preparation Example 1, a bone support was prepared in the same manner except that a first template having a diameter of 16.7 mm was used.
[비교예 1][Comparative Example 1]
골 지지체 제조Manufacture of bone support
상기 제조예 1에서, 20 mm 직경의 제1주형을 사용하고, 제2동결 성형체를 제조하여 코어쉘 동결 성형체를 제조하는 과정을 제외하고는 동일하게 수행하여 골 지지체를 제조하였다.A bone support was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that a first mold having a diameter of 20 mm was used to manufacture a second freeze-molded body to prepare a core-shell freeze-molded body.
[비교예 2][Comparative Example 2]
골 지지체 준비Preparation of bone support
TCP(Tissue Culture Plate)를 준비하였다.TCP (Tissue Culture Plate) was prepared.
[실험예 1][Experimental Example 1]
골 지지체의 구조 분석Structural analysis of bone support
골 지지체의 구조를 분석하기 위하여 Micro-CT를 이용하여 제조예 1을 관찰하였다.Production Example 1 was observed using Micro-CT to analyze the structure of the bone support.
도 3은 제조예 1의 다공성 세라믹 지지체를 나타낸 Micro-CT 이미지이다. 도 3을 참조하면, 결함이 없는 골 지지체가 제조되었음을 확인하였으며, 외부가 치밀골 구조를 나타내며 내부가 해면골 구조를 나타내는 코어쉘 구조를 나타내는 것을 확인하였다. 이러한 결과를 바탕으로, 슬러리의 농도에 의해 하이드록시아파타이트의 농도가 높을수록 골 지지체는 치밀골 구조로 제조되고, 하이드록시아파타이트의 농도가 낮을수록 골 지지체는 해면골 구조로 제조되는 것으로 판단할 수 있다.3 is a Micro-CT image showing the porous ceramic support of Production Example 1. Fig. Referring to FIG. 3, it was confirmed that a defect-free bone scaffold was manufactured, and that a core shell structure exhibiting an outer dense bone structure and an internal cancellous bone structure was shown. Based on these results, it can be concluded that as the concentration of hydroxyapatite increases with the concentration of the slurry, the bone supporter is made into a compact bone structure, and the lower the concentration of hydroxyapatite is, the more the bone supporter is made of the cancellous bone structure.
[실험예 2][Experimental Example 2]
골 지지체의 내부 구조 분석Analysis of Internal Structure of Bone Support
골 지지체의 구조를 분석하기 위하여 표면주사현미경을 이용하여 제조예 1을 관찰하였다.Production Example 1 was observed using a surface scanning microscope to analyze the structure of the bone support.
도 4는 제조예 1의 골 지지체 내부를 나타낸 배율에 따른 표면주사현미경 이미지이다. 도 4를 참조하면, 수직방향 및 수평방향에 관계 없이 소결에 의한 수축이 균일하게 일어나 결함이 없음을 확인하였으며, 골 지지체 내부 및 외부 간의 경계에서 수축에 의한 떨어짐 현상이 나타나지 않은 것으로 확인하였다. 이러한 결과를 바탕으로, 골 지지체의 구성 성분인 하이드록시아파타이트의 소결 온도는 1250 ℃ 수준이 바람직한 것으로 판단할 수 있다.4 is an image of a surface scanning microscope according to the magnification shown inside the bone support of Production Example 1. Fig. Referring to FIG. 4, it was confirmed that shrinkage due to sintering occurred uniformly regardless of the vertical direction and the horizontal direction, and it was confirmed that there was no defect, and no shrinkage was observed at the boundary between the inside and the outside of the bone support. Based on these results, it can be judged that the sintering temperature of hydroxyapatite, which is a component of the bone support, is preferably 1250 ° C.
[실험예 3][Experimental Example 3]
제1동결 The first freezing 성형체Shaped body 및 제2동결 And the second freezing 성형체의Of the shaped body 면적 비율에 따른 골 지지체의 기공 구조 분석 Analysis of Pore Structure of Bone Support by Area Ratio
제1동결 성형체 및 제2동결 성형체의 면적 비율에 따른 골 지지체의 기공 구조를 분석하기 위하여 제2주형의 직경은 고정시키고 제1주형의 직경을 변화시켜 골 지지체의 내경 및 외경의 비율을 조절하여 만든 골 지지체의 기공 물성을 분석하였다.In order to analyze the pore structure of the bone support according to the area ratio of the first and second freeze-molded bodies, the diameter of the second template was fixed and the diameter of the first template was changed to adjust the ratio of the inner diameter and outer diameter of the bone support The pore properties of the prepared bone support were analyzed.
도 5는 제1동결 성형체 및 제2동결 성형체의 면적 비율에 따른 골 지지체 단면을 나타낸 Micro-CT 이미지이다. 또한, 보다 수치적으로 자세히 제1동결 성형체 및 제2동결 성형체의 면적 비율에 따른 기공율 및 기공 크기를 분석한 결과를 하기 표 1에 도시하였다.5 is a micro-CT image showing a cross-section of a bone support according to the area ratio of the first freeze-molded body and the second freeze-molded body. The results of analyzing the porosity and pore size according to the area ratio of the first and second freeze-molded bodies are shown in Table 1 below.
[표 1][Table 1]
도 5 및 표 1을 참조하면, 제1동결 성형체 및 제2동결 성형체의 면적 비율에 관계없이 구조의 결함이 존재하지 않게 골 지지체가 제조됨을 확인하였다. 또한, 내부 기공률 및 기공 크기는 제1동결 성형체 및 제2동결 성형체의 면적 비율에 관계없이 일정하고, 외부 기공률 및 기공 크기는 제1동결 성형체 및 제2동결 성형체의 면적 비율에 관계없이 일정하지만, 골 지지체의 전체 기공률은 내부의 직경이 길어질수록 증가하는 것을 확인하였다.Referring to FIG. 5 and Table 1, it was confirmed that a bone support was produced without any structural defects regardless of the area ratio of the first and second freeze-molded bodies. Also, the internal porosity and the pore size are constant regardless of the area ratio of the first and second freeze-molded bodies, the external porosity and pore size are constant regardless of the area ratio of the first freeze-molded body and the second freeze-molded body, The overall porosity of the bony support increased as the internal diameter increased.
[실험예 4][Experimental Example 4]
제1동결 The first freezing 성형체Shaped body 및 제2동결 And the second freezing 성형체의Of the shaped body 면적 비율에 따른 골 지지체의 압축 강도 분석 Analysis of compressive strength of bone support by area ratio
제1동결 성형체 및 제2동결 성형체의 면적 비율에 따른 골 지지체의 압축 강도를 분석하기 위하여 압축 강도 시험기를 이용하여 골 지지체의 압축 강도를 분석하였다.In order to analyze the compressive strength of the bone support according to the area ratio of the first freeze-molded body and the second freeze-molded body, the compressive strength of the bone support was analyzed using a compressive strength tester.
도 6은 제1동결 성형체 및 제2동결 성형체의 면적 비율에 따른 골 지지체의 압축 강도를 나타낸 그래프이다. 도 6을 참조하면, 상대적인 외부의 직경 비율이 증가함에 따라 압축 강도가 증가되는 것을 확인하였고, 제조된 골 지지체의 압축 강도가 내부의 해면골의 압축 강도 범위 내에 드는 것을 확인하였다.6 is a graph showing the compressive strength of the bone support according to the area ratio of the first freeze-molded body and the second freeze-molded body. Referring to FIG. 6, it was confirmed that the compressive strength was increased as the relative outer diameter ratio was increased, and it was confirmed that the compressive strength of the prepared bone support was within the compressive strength range of the internal cancellous bone.
[실험예 5][Experimental Example 5]
골 지지체의 세포 부착 및 증식 정도 분석Analysis of cell attachment and proliferation of bone scaffolds
골 지지체의 세포 부착 및 증식 정도를 분석하기 위하여 골 지지체 상에 세포를 부착시킨 후 현광 현미경을 이용하여 골 지지체를 관찰하고, 3일 및 5일 경과 후의 세포 증식 정도를 분석하였다.In order to analyze the degree of cell adhesion and proliferation of the bone supporter, the cells were attached to the bone supporter, and the bone supporter was observed using a light microscope, and the degree of cell proliferation after 3 and 5 days was analyzed.
도 7은 비교예 2(도 7(A)) 및 제조예 1(도 7(B))의 골 지지체의 외부에 부착된 세포를 나타낸 현광 현미경 이미지이고, 도 8은 비교예 2 및 제조예 1의 골 지지체의 세포 증식 결과를 나타낸 그래프이다. 도 7 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 골 지지체는 내부 및 외부에 관계없이 세포질이 고르게 뻗어있지만, TCP의 경우에는 기공 내부까지 세포질이 뻗어있지 못하는 것을 확인하였다. 또한, 세포 증식 시간이 3일일 때, 본 발명의 골 지지체가 TCP보다 세포 생존능이 약 1.3배 높고, 세포 증식 시간이 5일로 길어졌을 때는 약 1.9배 정도 높아져, 시간이 지남에 따라 세포의 증식 정도의 차이가 극명하게 나타남을 확인하였다.7 is a light microscope image showing cells attached to the outside of the bone support of Comparative Example 2 (Fig. 7 (A)) and Production Example 1 (Fig. 7 (B) FIG. 2 is a graph showing the cell proliferation results of the bone support of FIG. Referring to FIGS. 7 to 8, it was confirmed that the cytoplasm of the bone support of the present invention spreads evenly irrespective of the inside and the outside, but in the case of TCP, the cytoplasm does not extend to the inside of the pore. In addition, when the cell proliferation time is 3 days, the bone support of the present invention has a cell viability about 1.3 times higher than that of TCP, and when the cell proliferation time is extended to 5 days, it becomes about 1.9 times higher than that of TCP, Of the total population.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.
Claims (23)
제2세라믹 분말, 제2동결 매체 및 제2분산제를 혼합하여 제2슬러리를 준비하는 단계;
상기 제1슬러리를 동결 주조하여 제1동결 성형체를 제조하는 단계;
상기 제1동결 성형체의 표면에 상기 제2슬러리를 동결 주조하여 제2동결 성형체를 제조하여 코어쉘 동결 성형체를 제조하는 단계;
상기 코어쉘 동결 성형체에서 상기 제1동결 매체 및 상기 제2동결 매체를 제거하여 코어쉘 다공체를 제조하는 단계; 및
상기 코어쉘 다공체를 열처리하는 단계를 포함하고,
상기 제1동결 성형체의 기공 크기가 상기 제2동결 성형체의 기공 크기보다 큰 것을 특징으로 하고,
상기 제1동결 성형체의 기공 크기는 제1세라믹 분말 및 제1동결 매체의 함량비에 의해 조절되고, 상기 제2동결 성형체의 기공 크기는 제2세라믹 분말 및 제2동결 매체의 함량비에 의해 조절되는 것을 특징으로 하고,
상기 제1동결 매체의 중량은 상기 제1세라믹 분말 100 중량% 대비 100 중량% 내지 500 중량%인 것을 특징으로 하고, 상기 코어쉘 다공체의 코어 부분의 기공 크기는 120 μm 내지 185 μm 범위 내에서 조절되고, 기공률은 60 % 내지 75 % 범위 내에서 조절되는 것을 특징으로 하고,
상기 제2동결 매체의 중량은 상기 제2세라믹 분말 100 중량% 대비 30 중량% 내지 100 중량%인 것을 특징으로 하고, 상기 코어쉘 다공체의 쉘 부분의 기공 크기는 30 μm 내지 60 μm 범위 내에서 조절되고, 기공률은 20 % 내지 30 % 범위 내에서 조절되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법.
Preparing a first slurry by mixing a first ceramic powder, a first freezing medium, and a first dispersant;
Preparing a second slurry by mixing a second ceramic powder, a second freezing medium, and a second dispersant;
Freezing the first slurry to produce a first freeze-molded body;
Freezing the second slurry on the surface of the first freeze-molded body to produce a second freeze-molded body to produce a core-shell freeze-molded body;
Removing the first freezing medium and the second freezing medium from the core-shell freeze-molded body to manufacture a core-shell porous body; And
And heat treating the core-shell porous body,
Wherein the pore size of the first freeze-molded article is larger than the pore size of the second freeze-molded article,
Wherein the pore size of the first freeze-molded body is controlled by the content ratio of the first ceramic powder and the first freeze medium, and the pore size of the second freeze-molded body is controlled by the content ratio of the second ceramic powder and the second freeze medium .
Wherein the weight of the first freezing medium is 100 wt% to 500 wt% based on 100 wt% of the first ceramic powder, the pore size of the core portion of the core-shell porous body is adjusted within a range of 120 μm to 185 μm , And the porosity is controlled within a range of 60% to 75%
And the second freezing medium is 30 to 100% by weight based on 100% by weight of the second ceramic powder. The pore size of the shell portion of the core-shell porous body is controlled within a range of 30 to 60 占 퐉. And the porosity is controlled within a range of 20% to 30%.
상기 제1세라믹 분말 또는 상기 제2세라믹 분말은 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite, HA), α-트리칼슘포스페이트(α-tricalcium phosphate, α-TCP), β-트리칼슘포스페이트(β-tricalcium phosphate, β-TCP), 테트라칼슘포스페이트(tetracalcium phosphate, TTCP), 비정질칼슘포스페이트(amorphous calcium phosphate, ACP), 무수칼슘포스페이트(monocalcium phosphate anhydrate, MCPA), 무수디칼슘포스페이트(dicalcium phosphate anhydrate, DCPD), 옥타칼슘포스페이트(octacalcium phosphate, OCP), 모노칼슘포스페이트 모노수화물(monocalcium phosphate monohydrate, MCPM), 디칼슘포스페이트 이수화물(dicalcium phosphate dehydrate, DCPD), Na2O-CaO-SiO2-P2O5, CaOSiO2, P2O5-CaO-Na2O 및 P2O5-CaO-K2O로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법.
The method according to claim 1,
The first ceramic powder or the second ceramic powder may be at least one selected from the group consisting of hydroxyapatite (HA), alpha-tricalcium phosphate (alpha-TCP), beta-tricalcium phosphate TCP, tetracalcium phosphate (TTCP), amorphous calcium phosphate (ACP), monocalcium phosphate anhydrate (MCPA), dicalcium phosphate anhydrate (DCPD), octacalcium phosphate octacalcium phosphate (OCP), monocalcium phosphate monohydrate (MCPM), dicalcium phosphate dehydrate (DCPD), Na 2 O-CaO-SiO 2 -p 2 O 5 , CaOSiO 2 , P 2 O 5 -CaO-Na 2 O, and P 2 O 5 -CaO-K 2 O. 2. The method for producing a porous ceramic support according to claim 1,
상기 제1동결 매체 또는 상기 제2동결 매체는 물, 캠핀(Camphene), 캠퍼(Camphor), 나프탈렌(naphthalene) 및 테르페노이드(Terpenoid)계 물질로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first freezing medium or the second freezing medium includes at least one selected from the group consisting of water, Camphene, Camphor, naphthalene and terpenoid-based materials ≪ / RTI >
상기 제1분산제 또는 제2분산제는 올리고머 폴리에스터(oligomeric polyester)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first dispersant or the second dispersant comprises an oligomeric polyester. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 제1분산제의 중량은 상기 제1세라믹 분말 100 중량% 대비 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the weight of the first dispersant is 0.1 wt.% To 10 wt.% Relative to 100 wt.% Of the first ceramic powder.
상기 제2분산제의 중량은 상기 제2세라믹 분말 100 중량% 대비 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the weight of the second dispersant is 0.1 wt.% To 10 wt.% Relative to 100 wt.% Of the second ceramic powder.
상기 제1동결 성형체를 제조하는 단계는, 상기 제1동결 매체의 동결 온도 이하의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of preparing the first freeze-molded body is performed at a temperature below the freezing temperature of the first freezing medium.
상기 제1동결 성형체를 제조하는 단계에서, 상기 제1슬러리는 제1주형에 주입되어 회전 및 냉각되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first slurry is injected into the first mold and rotated and cooled in the step of producing the first freeze-molded body.
상기 코어쉘 동결 성형체를 제조하는 단계는, 상기 제2동결 매체의 동결 온도 이하의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of preparing the core-shell freeze-molded article is performed at a temperature below the freezing temperature of the second freezing medium.
상기 코어쉘 동결 성형체를 제조하는 단계에서, 상기 제2슬러리는 제2주형에 주입되어 회전 및 냉각되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the second slurry is injected into the second mold and is rotated and cooled in the step of producing the core shell freeze-molded body.
상기 제1슬러리는 제1주형에 주입되고, 상기 제2슬러리는 제2주형에 주입되어 회전 및 냉각되며,
상기 제1주형의 크기는 상기 제2주형의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first slurry is injected into a first mold, the second slurry is injected into a second mold to be rotated and cooled,
Wherein the size of the first mold is smaller than the size of the second mold.
상기 코어쉘 동결 성형체를 제조하는 단계 및 상기 코어쉘 다공체를 제조하는 단계 사이에, 상기 제1동결 매체 및 상기 제2동결 매체의 과립을 성장시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법.
The method according to claim 1,
Further comprising the step of growing the granules of the first freezing medium and the second freezing medium between the step of producing the core shell freeze-molded body and the step of producing the core-shell porous article, Way.
상기 코어쉘 다공체를 열처리하는 단계는, 진공 상태에서 1100 ℃ 내지 1400 ℃ 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 지지체 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of heat-treating the core-shell porous body is performed in a vacuum state at a temperature range of 1100 ° C to 1400 ° C.
A porous ceramic support produced by the method of claim 1.
17. A bone support comprising the porous ceramic support of claim 17.
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