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논문 상세정보

결정화 소결에 의한 생체활성재료의 제조

Preparation of bioactive materials by crystallization sintering

초록

CaO-$SiO_2-P_2O_5$ 3성분계 유리화 영역(glass forning region)내의 여러조성(A:$SiO_2$- rich조성, B:CaO-rich조성, C:$P_2O_5$-rich조성, D, E:A, B, C의 중간조성)을 가지는 유리분말을 결정화시켰을 때 유리중에 석출되는 결정상(crystal phase)을 분말 XRD로 확인하였다. 여러조성중 apatite(($Ca_{10}(PO_4)_6O$)와 $\beta$-wollastonite($CaSiO_3$)결정이 석출되고, 굽힘강도가 우수한 E조성(CaO 49.4, $SiO_2\;36.8,\;P_2O_5$8.8wt%)을 선택하여 이 조성의 유리분말을 일방향으로 결정화 소결하였다. 제조된 결정화 소결체에 대하여 charaterization을 하고 굽힘강도를 측정하였다. 또한 결정화 소결체와 생체뼈와의 결합성을 조사하기 위하여 유사체액(simulated body fluid)내에서 침적실험을 하였으며, 결정화 소결체의 표면을 thin-film XRD, FT-IR로 분석하였다. 실험결과, apatite와 wollastonite 결정이 석출된 치밀한 결정화 소결체가 얻어졌으며, 이들 결정은 wollastonite 결정의 (202)면이 인상방향에 수직으로 성장하는 경향을 보였다. 또한 제조된 결정화 소결체는 평균 186.9MPa의 굽힘강도를 나타내어 일반적 방법으로 제조되는 결정화 소결체보다 높은 역학적 성질을 보였다. 유사체액내의 침적실험결과, 시료표면위에 apatite 결정층이 3일후부터 형성되어 생체뼈와 화학결합을 이룰 가능성이 있음을 알았다.

Abstract

The crystal phases precipitated in various compositions glass of CaO-$SiO_2-P_2O_5$ system, were identified by XRD. E composition (CaO 49.4, $SiO_2\;36.8,\;P_2O_5$ 8.8 wt%) glass in which both apatite(($Ca_{10}(PO_4)_6O$ and $\beta$-wollastonite($CaSiO_3$) crystals would precipitate by heating, was selected as an experimental composition to prepare the glass ceramics with high bending strength and good bioactivity to the living bone. Glass powders of E composition were unidirectionally crystallized at $1050^{\circ}$C in the temperature-gadient furnace and the resultant glass ceramics were characterized. Bending strength of the glass ceramics was also measured. To investigate the bond forming ability between the glass ceramics and living bone tissue, soaking test of glass ceramics in simulated body fluid was carried out. Densed glass ceramics composed of apatite and $\beta$-wollastonite crystal were prepared by unidirectional crystallization under the optimum conditions. (2 0 2) plane of $\beta$-wollastonite crystals tended to grow perpendicularly to the crystallization direction. Average bending strength of this glass ceramics was 186.9 MPa, higher than that of the glass ceramics prepared by isothermal (not directional) crystallization In soaking test, a thin layer of apatite crystallite was formed on surface of the glass ceramics in 3 days. Apatite crystals formed on the glass ceramics could be act a role to make the chemical bond between the glass ceramics and living bone tissue.

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