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나노 인산칼슘 세라믹스의 바이오 응용 원문보기

세라미스트 = Ceramist, v.19 no.1, 2016년, pp.55 - 61  

홍민호 (연세대학교) ,  이용근 (조선대학교)

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 본고에서는 나노 인산칼슘의 필요성과 우수성, 다양한 나노 CaPs (Table 1)에 대한 연구동향과 임상 응용 예를 소개하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
인산칼슘이란? 인간을 비롯한 모든 생명체는 현실적으로 개발이 불가능한 재료들을 놀라운 방법으로 체내에서 만들어낼 수 있는데, 현재까지 60종류 이상의 무기물들이 알려졌다.1) 이중 인산칼슘(calcium phosphates, CaPs)은 척추 동물의 경조직(hard tissue)을 구성하고 있는 가장 중요한 무기성분으로, 비화학양론적(non-stoichiometric) 조성과 낮은 결정도(crystallinity), 다양한 이온의 치환과 결함으로 인해 포유동물의 뼈, 치아, 녹용, 힘줄 등을 구성하고 있다. 병리학적 및 생리학적 무기화(mineralization) 현상과 관련하여 생명체 내에서 일어나는 CaPs의 발생과 형성, 분해 과정에 관한 많은 연구가 이루어지고 있다.
나노 CaPs를 사용한 생체재료로 무엇을 할 수 있는가? 현재 기술로 실제 생체 석회화 조직 구성물의 크기 및조성까지 모방해서 CaPs 나노 결정체의 합성이 가능하며, 이러한 합성 CaPs 나노 결정체는 생체적합성(biocompatibility)이 우수하여 생체재료(biomaterials)로 사용이 가능하다. 이러한 나노 CaPs를 사용한 생체재료는 기존의 마이크로- 또는 서브마이크로 크기로 구성된 생체재료의 한계를 극복할수 있다. 예를 들면, 나노 크기의 세라믹스는 결정 입계상에 의한 파괴가 일어나기 전에 특이한 연성을 나타내어 취성을 지닌 세라믹스를 100%까지 소성 변형이 가능하게 하고, 저온 소결이 가능하기 때문에 고온 소결로 인한 문제점을 극복할 수 있다.
석회화(calcification)된 조직의 인회석은 무엇이 있으며 장점은 무엇인가? 석회화(calcification)된 조직의 인회석은 수 나노에서 수백 나노미터의 크기를 갖고 있다. 예를 들면, 교원질 기질(collagen matrix)에 존재하는 수십~수백 나노 크기의 인회석 결정체는 뼈와 치아 형성에 있어서 자가 조립형 구조체로 결합하는데, 최신 연구 결과에 따르면 나노 구조체는 단백질과 상호 작용이 마이크로 구조체보다 월등히 우수하다고 한다.3)
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참고문헌 (25)

  1. S. Mann, "Biomineralization : Principles and Concepts in Bioinorganic Materials Chemistry," Oxford Univ. Press, Oxford, 2005. 

  2. J. D. Pasteris, B. Wopenka, and E. Valsami-Jones, "Bone and Tooth Mineralization: Why apatite?," Elements, 4 [2] 97-104 (2008). 

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  3. R. J. Narayan, P. N. Kumta, C. Sfeir, D. H. Lee, D. Olton, and D. W. Choi, "Nanostructured Ceramics in Medical Devices: Applications and Prospects," Jom-Us, 56 [10] 38-43 (2004). 

  4. E. A. Zimmermann, B. Busse, and R. O. Ritchie, "The Fracture Mechanics of Human Bone: Influence of Disease and Treatment," Bonekey Rep., 4 743 (2015). 

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  5. S. Bechtle, H. Ozcoban, E. T. Lilleodden, N. Huber, A. Schreyer, M. V. Swain, and G. A. Schneider, "Hierarchical Flexural Strength of Enamel: Transition from Brittle to Damage-toLerant Behaviour," J. R. Soc. Interface, 9 [71] 1265-74 (2012). 

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  16. B. Nies, S. Rossler, and A. Reinstorf, "Formation of Nano Hydroxyapatite - A Straightforward Way to Bioactivate Bone Implant Surfaces," Int. J. Mater. Res., 98 [7] 630-36 (2007). 

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  17. M. H. Hong, D. H. Lee, K. M. Kim, and Y. K. Lee, "Study on Bioactivity and Bonding Strength between Ti Alloy Substrate and $TiO_2$ Film by Micro-arc Oxidation," Thin Solid Films, 519 [20] 7065-70 (2011). 

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  20. B. Li, B. Guo, H. S. Fan, and X. D. Zhang, "Preparation of Nano-Hydroxyapatite Particles with Different Morphology and their Response to Highly Malignant Melanoma Cells in Vitro," Appl. Surf. Sci., 255 [2] 357-60 (2008). 

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  25. S. V. Dorozhkin, "Calcium Orthophosphates in Nature, Biology and Medicine," Materials, 2 [2] 399-498 (2009). 

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