Bramhe, Sachin;Ryu, Jae-Kyung;Chu, Min Cheol;Balakrishnan, Avinash;Kim, Taik Nam
한국재료학회지
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제24권12호
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pp.700-703
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2014
Calcium phosphate minerals are biologically important because of their application in the fields of orthopaedics and dentistry. Herein we have tried to synthesize calcium phosphate minerals from biowaste clam shells. A simple microwave method was used to synthesize a mixture of calcium phosphate minerals such as hydroxyapatite, tri-calcium phosphate, and monetite. The microwave induces vibration of the dipole ions in the reagent. The heating and rearrangement of ions and atoms occurs during the process. The phases obtained in the final powder were ascertained by X-ray diffraction; the morphology of each sample was checked using a scanning electron microscope. We were able to obtain a mixture of calcium phosphate minerals using the microwave method; the calcined powder showed a brick like morphology, which is different from the rod shape morphology of the hydroxyapatite obtained using the hydrothermal process.
난용성 인산염을 가용화시키는 균주를 염류직접 및 인산과다처리 재배지로부터 다수 분리하였다. 다수의 균들은 대다수가 tri-calcium phosphate의 가용화능을 가진 균주들이 었고 hydroxyapacte의 가용화능을 가진 균주가 소수있었다. 본 연구는 hydroxyapatite 가용화능을 가진 분리균주 Klebsiella sp. DA7l-1의 배양특성에 따른 난용성 인산염(hydroxyapatite, tri-calcium phosphate, aluminium phosphate), pH변화 및 배양온도에 따른 인산염의 가용화특성 등을 조사하였다 인산 가용화능은 유기산 생성과 밀접한 관련이 있다고 많이 보고되어 졌지만 아직 pH저하에 따른 인산 가용화의 정확한 기작은 확인이 되지않은 상태이며 배지내의 pH저하는 균주의 유기산 생성에 따른 것으로 사료되어진다. 조사한 결과 배양시간 12 이후부터 pH 저하를 나타냈으며 pH저하는 균생육에 영향을 미치지 않는 범위내에서 이루어졌으며 pH가 저하된 상태의 배지 조건에서 균의 생육이 계속될수록 인산가용화능이 높게 이루어졌다. 또한 DA7l-1은 초기 pH에 영향을 크게 받지 않았으며 일반 토양의 온도와 비슷한 조건의 온도에서도 가용화 능력이 뛰어난 것으로 나타났다.
인산가용화능이 우수한 균주인 Burkholderia sp. DA23과 Klebsiella sp. DA7l-1 두 균주를 사용하여 농도별 아미노산 첨가에 따른 성장 양상과 유리인산 방출량을 조사한 결과, 두 균주의 생육과 인산가용화에 있어 아미노산이 도움이 되는 것으로 나타났다. DA23과 DA7l-1 모두 0.05%와 0.1%의 아미노산을 SM배지에 첨가하여 성장 양상을 확인한 결과 아미노산을 첨가한 배지의 균주가 아미노산을 처리하지 않은 배지의 균주에 비해 높은 세포 밀도 성장을 보여주었다. 인산가용화 균주의 아미노산 첨가의 경우 무처리보다 높은 pH 저하를 보였으며, 또한 아미노산 첨가가 아미노산 무처리구에 비해 2배이상 높은 인산가용화 효과를 보였다. DA7l-1의 아미노산 첨가의 경우는 DA23의 아미노산 첨가보다 아미노산 첨가에 의한 인산가용화 효과가 더 있는 것으로 나타났다. hydroxyapatite와 tri-calcium phosphate 의 인산염 차이에 따른 아미노산 처리 효과는 없었으며, 0.05%의 미량의 농도에서도 인산가용화로의 세포밀도 성장 및 가용화능에 효과를 나타내었다.
The purpose of this study was to prepare calcium phosphate cement [CPC] for use in artificial bone. Nano-crystalline calcium phosphate [CaP] was precipitated at $37^{\circ}C$ using highly active $Ca(OH)_2$ in DI water and an aqueous solution of $H_3PO_4$. From the XRD measurements, the nano-CaP powder was close to apatitic TCP phase and the powders fired at $800^{\circ}C$ showed a critical ${\beta}$-TCP phase. A mixture of one mole $CaCO_3$ and two moles di-calcium phosphate was calcined at $1100^{\circ}C$ to make a reference ${\beta}$-TCP material. The nano-CaP powders were added to the normal ${\beta}$-TCP matrix and fired at $900^{\circ}C$ to make a ${\beta}$-TCP block. The sintered block showed improved mechanical strength, which was caused by the solid state interaction between nano-CaP and normal ${\beta}$-TCP.
연구목적 : SLA surface dental implant 주위의 3면 골내낭에서 xenogeneic demineralized bone matric putty, porous ${\beta}$-tri-calcium phosphate, 새로이 개발된 non-crystalline calcium phosphate glass를 사용한 치료를 조직학적으로 비교 평가하기 위한 것이다. 연구방법 : 실험동물로는 15개월에서 18개월 사이의 12kg에서 15kg 정도되는 성견을 사용하였다. 20개의 SLA surface implant가 사용되었으며, 성견 하악의 양측에 각각 2개씩 사용되었다. 임플란트 식립전에, 각각의 임플란트 근심면에 straight fissure bur를 이용하여 표준화된 3면 골내앙(근원심 5mm ${\times}$협설 3mm ${\times}$깊이 3mm)을 형성하였다. 형성된 골 결손부에는 demineralized bone matrix putty, porous ${\beta}$-tri-calcium phosphate, non-crystalline calcium phosphate glass를 넣은 것을 각각 실험군으로, 이식재를 넣지 않은 것을 대조군으로 사용하였다. 8주 후에 실험 동물을 희생시키고 조직학적 관찰을 하였다. 결과 : 조직학적 소견상 임플란트 주위에 급성 염증 소견은 보이지 않았으며, non-crystalline calcium phosphate glass은 매우 적은량의 신생골을, ${\beta}$-TCP을 이용한 골내낭에서는 약간의 기저부에서 유래된 신생골이 관찰된다. ${\beta}$-TCP granules 가운데로 상당량의 측면의 골에서 유래된 신생골 형성이 보인다. xenogeneic DBM putty에서는 많은 량의 신생골이 기저부에 형성된 것을 볼수 있으나 대조군과의 차이는 크지 않다. 이식재의 종류와 상관없이 흡수되지 않은 이식재를 임플란트 주위에서 관찰할 수 있었다. 골내낭 안의 이식재들은 모두 connective tissue로 둘러 싸여 있었다. 모든 실험군에서 이식재에서 기인한 신생골 형성과 임플란트 표면에 신생 골유착의 조직학적 증거는 발견되지 않았다.
A composite of $Ca_3$(PO$_4$)$_2$ and MgAl$_2$O$_4$ spinel is biologically active and has enduring strength. Its strength depends on the spinel phase. The flaws in the spinel depend on the grain size of the calcium phosphate phase and are not altered by dissolution. The calcium phosphate, ${\alpha}$ tri-calcium phosphate, controls the tissue response. Bone bonds to the implant. A design for a bone graft as a replacement for a section of the diaphysis of a canine femur provides for tensile, compressive, torsional and bending load; and for the physiological processes of bonding and remodeling. A bone plate, used to stabilize the implant at time of surgery was removed after about one year. Over seven years of service have been achieved without internal or external fixation.
본 실험은 사료첨가제로 사용되는 인산칼슘제에 들어있는 Ca과 P의 생물학적 이용성을 측정 비교하고자 실시하였다. 5일령의 수평아리를 사용하여 12 일간의 실험기간 후에 경골의 회분함량율 기준으로 하여 표준계선에 의한 least square방식으로 측정한 이용성의 결과는 다음과 같다. 1. P의 이용성은 DiCa-P첨가제가 각각 77.1, 91.0, 96.4 그리고 95.5%를 나타냈고 TriCa-P첨가제는 각각 94.1, 95.0 및 99.5%를 나타냈다. 2. Ca의 이용성은 DiCa-P 첨가제에서 각각 78.3, 234.1, 87.6 그리고 244.5%였고 TriCa-P첨가제는 각각 99.5, 84.0 및 101.5 %였다. 3. 전반적으로 TriCa-P첨가제가 DiCa-P첨가제보다 이용성이 약간 높게 나타났다. 4. 국산과 외국산 인산칼슘제의 이용성의 차이는 없었다.
Calcium phosphate crystallites were prepared by wet chemical method for use in artificial bone. In order to obtain ${\beta}$-tricalcium phosphate (TCP), nano-crystalline calcium phosphate (CaP) was precipitated at $37^{\circ}C$ and at $pH5.0{\pm}0.1$ under stirring using highly active $Ca(OH)_2$ in DI water and an aqueous solution of $H_3PO_4$. The precipitated nano-crystalline CaP solution was kept at $90^{\circ}C$ for the growth of CaP crystallites. Through the growing process of CaP crystallites, we were able to obtain various sizes of rectangular CaP crystallites according to the crystal growing times. Dry nano-crystalline CaP powders at $37^{\circ}C$ were mixed with dry macro-crystalline CaP crystallites and the shaped mixture sample was fired at $1150^{\circ}C$ to make a ${\beta}-TCP$ block. Several tens of nm powders were uniformly coated on the surface, which was comprised of powders of several tens of ${\mu}m$, using a vibrator. The mixing ratio between the nanometer powders and the micrometer powders greatly affected the mechanical strength of the mixture block; the most appropriate ratio of these two materials was 50 wt% to 50 wt%. The sintered block showed improved mechanical strength, which was caused by the solid state interaction between the nano-crystalline ${\beta}-TCP$ and the macro-crystalline ${\beta}-TCP$.
생체내에서 매식되는 타이타늄의 표면에 골의 형성과 성장을 촉진시키기 위해 칼슘이온과 인산이온을 함유하는 용액에서 타이타늄의 표면처리를 행하였다. 표면처리방법으로는 pH 5.8, 7.0, 8.0의 인산칼슘 완충용액에 10분간 침적시킨 후 유사체액에 30일간 침적시켰다. 침적시킨 후의 타이타늄 표면에 형성된 피막의 특성을 주사전자현미경, X-ray 회절장치, Fourier 변환강도계등으로 확인하고 유사체액에만 침적한 시편의 표면특성과 비교하였다. 실험결과 인산완충용액에서의 침적에 의해 타니타늄 표면에 인산칼슘 형성이 촉진됨을 알 수 있었다. 형성된 층은 입자형의 미세구조를 지닌 하이드록시아파타이트나 $\beta$-TCP의 인산칼슘 층으로 확인되었다. 형성된 층의두께는 pH 8.0, 7.0 그리고 pH 5.8의 인산완충액에서의 침적 순으로 증가하였고, 그 밀도는 pH 7.0, pH8.0그리고 pH5.8의 인산완충액에서의 침적 순으로 증가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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