| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2017년 가을 (11/15 ~ 11/17, 경주 현대호텔) |
| 권호 | 23권 2호 |
| 발표분야 | B. 나노화학/바이오 분과 |
| 제목 | Porous CaP scaffolds using photo-curable ceramic suspension with high solid loading for biomedical implant |
| 초록 | 골 조직 결손 부위에 식립되어 효과적인 재건을 돕는 생체 세라믹 스캐폴드는 그 목적에 따라 다양한 형태와 제조 방법들로 개발되어 왔다. 최근 3D 프린팅법을 접목하여 기계적 물성 및 생물학적 특성에 영향을 주는 기공 구조(기공율, 기공크기, 기공형상)를 정밀하게 제어하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 3D 프린팅법 중 하나인 광경화성 소재를 기반으로 하는 DLP(Digital Light Processing)법을 이용한 구조물의 제조와 그 특성을 평가하는 연구들이 발표되었다. 그러나, 이 방식에 적용시킬 수 있는 광경화성 무/유기 복합물의 제조 및 최종적으로 고품질, 고기능성을 가지기 위해, 고함량의 무기물이 포함된 복합물 제조에 관한 연구는 거의 보고되지 않았다. 본 연구에서는 생체친화성이 우수한 세라믹 분말 중 하나인 BCP(biphasic calcium phosphate)분말을 광경화성 모노머인 HDDA(1,6-Hexanediol diacrylate)에 고함량(50vol% 이상)으로 혼합하기 위해, 적합한 분산제를 선정하였고, 3D 프린팅에 적용 가능한 흐름성을 가질 수 있도록, 희석제(Decahydronaphthalene)를 첨가하였다. 희석제의 경우, 함량이 증가함에 따라, 성형체의 수축이 줄어들어 형상 재현성이 높아지지만, 상대적으로 전체 조성에서 차지하는 모노머의 비중이 떨어져 성형체의 강도가 저하되는 경향을 보이기 때문에, 구조물이 충분한 강도를 가질 수 있는 조성을 최적화하였다. 이렇게 제조된 세라믹/모노머 복합물은 3D 프린팅(Tape-casting 원리 활용) 하기에 적합한 점도를 가지며, 최종적으로 광경화 개시제의 함량 및 광경화 시간 등을 Photo-DSC를 사용하여 평가하여, 광경화 거동을 최적화하였다. 3차원 다공성 스캐폴드는 세라믹 함량이 45vol%와 50vol% 이상의 복합물을 제조하였고, 이를 1250℃에서 소결하여 평가를 진행하였다. 미세구조를 관찰한 결과, 소결체가 형상을 잘 유지하였으며, 세라믹 함량이 증가함에 따라 미세 기공이 줄어들며, 더욱 치밀화된 것을 확인하였다. 또한 3점 굴곡 강도를 평가한 결과, 동일한 기공율(55±0.13vol%)을 가지지만, 복합물 내 무기물 함량이 45vol%인 샘플(19.96±1.79MPa)에 비해, 50vol% 샘플(29.28±2.7MPa)의 경우, 함량이 증가함에 따라 매우 높은 기계적 강도를 가지는 것을 확인하였다. 그리고 생체 유사 용액인 SBF 용액에서 아파타이트 생성 능력을 평가하였다. 본 연구는 매우 높은 세라믹 함량을 광경화성 모노머와 매우 균일하게 복합화하였고, 3D 프린팅 기술의 원료공급 방식에 의해 발생되는 세라믹 입자의 침전 문제를 Tape-casting 기술을 이용하여 해결함으로써, 고품질 생체세라믹 스캐폴드 뿐만이 아니라, 다공성 세라믹 소재가 핵심적인 기능을 발휘하는 다양한 산업 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. |
| 저자 | 이정빈, 고영학, 맹우열, 이윤희 |
| 소속 | 고려대 |
| 키워드 | 3D Printing; porous scaffold; ceramic |
