개선된 생체 재료의 초기 및 최종 특성을 위한 2단계시스템

개선된 생체 재료의 초기 및 최종 특성을 위한 2단계 시스템{A TWO-STEP SYSTEM FOR IMPROVED INITIAL AND FINAL CHARACTERISTICS OF A BIOMATERIAL}

기술분야

본 발명은 2 단계 과정을 포함하는 화학적으로 결합된 세라믹(chemically bonded ceramic(CBC)) 재료, 바람직하게는 치아 충전 재료 또는 이식 재료를 위한 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 개선된 초기-단계(early-age) 특성을 제공하는 초기 작업 부분-시스템 및 생체활성을 포함하는 개선된 마무리-생성물 특성을 제공하는 두 번째 주된 시스템을 포함한다. 시스템은 화학적으로 상호작용한다. 또한 본 발명은 각각의 분말 재료 및 수화 용액 뿐만 아니라 형성된 세라믹 재료에 관한 것이다.

배경기술

본 발명은 수화 시멘트 시스템 유형의 결합제 시스템, 특히 주요 양이온으로서 칼슘을 가지는, 알루미네이트, 실리케이트, 포스페이트, 카르보네이트, 설페이트 및 이들의 조합물로 구성되는 군에서 화학적으로 결합된 세라믹을 포함하는 시멘트 기재 시스템에 관한 것이며, 상기 시스템에 추가로 두 번째 초기 단계 결합 시스템이 포함되는 상기 시스템도 포함된다. 본 발명은 특히 치과용 및 정형외과용 장치, 충전제와 시멘트 뿐만 아니라 코팅제를 포함하는 이식물 및 약물 전달을 위한 담체를 위한 생체물질을 위해 개발되었음은 물론, 전자 공학, 미세-기계공학 등 또는 건축 분야에서의 산업적 장치에 충전제로서 사용될 수도 있다.

치아 충전 재료 및 이식물과 같은 인간 신체와 상호 작용하는 재료를 위해, 재료는 가능한 생체활성 또는 생체적합성을 띠도록 제조되는 것이 바람직하다. 치아 충전 재료 및 이식물에 요구되는 다른 특성은 충치 내에서 간단한 적용가능성을 가진 양호한 취급력, 양호한 모형성을 제공하는 몰딩, 해로운 열 변성 없이 충전 작업을 위해 충분히 신속하고 후속하는 치료에 직접적으로 이용가능하게 하는 경화/고화, 우수한 경도 및 강도, 내부식성, 충전 물질과 생물학적 벽 사이의 양호한 결합, 치수 안정성, 방사성-불투명성, 우수한 장기간 특성, 및 특히 치과용 충전 물질에 대해서는 우수한 미학성이다. 이러한 요구되는 특성의 상당량이 달성되는 재료를 제공하는 목적을 위해, 재료는 예를 들어 SE 463,493; SE 502,987; WO 00/21489; WO 01/76534; WO 01/76535; PCT/SE02/01480; 및 PCT/SE02/01481에서 설명된 것들과 같이 개발되었다.

발명의 요약

본 발명은 특히 개선된 초기-단계 특성(최초 10분 내지 몇 시간 내에 달성되는 특성)과 상이한 특성이 몇 일 또는 몇 주 후에 다른 특성을 얻게 되는 최종 단계로 가는 특성 개발의 조합에 관한 것이다. 본 발명은 구체적으로는 초기 몰딩 능력, 초기 강도, 발열 및 초기 색/투과도 개발의 문제뿐만 아니라 고강도, 점탄성 및 다른 기계적 특성, 다시 말해 생체활성 생성물에서 최적의 복합적 특성 프로파일이 가능하게 하는 문제, 및 동시에 생성물을 형성하기 위한 같은 공정 중에 시스템의 특성 프로파일의 문제에 관한 것이다.

칼슘 알루미네이트 미네랄에 기초한 치과적 사용을 위한 화학적으로 결합된 세라믹 시스템은 초기 강도 및 팽창 가능성과 관련된 두 개의 결점이 있다. 최종 강도는 약 7일 경과 후에 도달하지만, 처음 1 시간 동안의 강도는 일시적 충전 재료의 강도에 비해 약하다. 팽창 크기가 너무 커서 치과 업계로부터 많은 의구심을 일으키고 있다. ISO 1559에 따르면, 아말감 수복(amalgam restorative)은 -0.15 내지 + 0.2의 선형 퍼센트(linear %) 내의 치수 안정성을 가져야 한다. 0.2%의 수준은 칼슘 알루미네이트 기재 시스템에서 달성될 수 있지만 0에 근접한 팽창이 요구된다.

정형외과 장치를 위해, 추가적 문제는 초기 응결 및 경화 중에 생기는 발열을 다루는 것이다. 이는 많은 양의 생체물질이 주입되는 치료에서 더욱 두드러진다.

본 발명은 화학적으로 결합된 세라믹에 기초한 생체 재료에 대한 이러한 이슈를 해결한다. 낮은 초기 강도는 처음 24 시간 동안 실패의 원인이 될 수 있고 다소 높은 팽창성은 초기 충전재의 대체 후에 약한 치아에서 치아가 부서지는 원인이 될 수 있다. 중요한 문제는 최종 특성에 부정적인 영향을 주지 않으면서 초기 강도를 증가시키는 방법이고, 직접적 문제는 아니며 섬세한 미세구조 고안을 요구한다. 본 발명과 관련된 다른 화학적 성질을 가진 두 기간의 사용은 초기에 요망되는 생체 재료의 특성과 관련된 문제 및 최종 생성물의 특성과 관련된 문제를 해결한다.

따라서, 본 발명은 수화된 CBC-기재 생성물에 초기 점도 및 분말 물질과 수화 용액의 혼합 중에 발생하는 일관성 뿐만 아니라 발열 및 초기 단계 특성(초기 강도, 기공 닫힘, 반투명성 및 초기에 수득된 생활성) 및 최적 최종 생성물 특성 예를 들어 압축 및 굽힘 강도 및 충분히 높은 탄성 계수, 특정 및 적절한 경도에 대한 개선된 조절능력을 가지는 CBC 기재 재료, 바람직하게는 생체물질을 위한 시스템을 제공하는 것이 목적이다. 개선된 초기 특성 및 최종 특성의 이 조합은 화학적으로 양립성이 있는 시스템들의 최적화된 조합을 사용함에 의해 달성되며, 여기서 제 1 시스템은 주된 시스템과 조합하여 초기 상(phase)으로 진행한다. 전반적인 시스템은 선택된 부분 시스템들(selected part systems)에 의해 정해진 pH의 변화를 일으킨다. 본 발명은 빠르게 형성된 상(주로 화학적 가교 결합에 의해 조절됨)와 화학적으로 결합된 세라믹 타입의 전반적인 산-염기 반응(주로 화학적 수화에 의해 조절됨)의 pH 조절 조합에 관한 것이다. pH의 조절은 초기 산 시스템에서 생체활성 시스템으로 전환(다시 말해, 인회석 형성의 조건)하는 중요한 요소이다. 높은 pH-값으로의 빠른 변화는 금속 방출의 위험을 줄인다.

이러한 목적 및 다른 목적은 청구 범위에서 정의된 바와 같이 시스템, 분말 재료(다시 말해, 무기 결합 상 및 반응성 유리), 수화 용액 및 세라믹 재료에 의해 달성된다.

본 발명의 한 측면에 따르면, 분말 재료 및/또는 수화 용액은 폴리아크릴산의 첨가제 및/또는 이들의 염 또는 다른 폴리카르복실산, 이들의 공중합체, 또는 폴리카르복실레이트 (다시 말해, 폴리카르복실산의 염 또는 에스테르), PAA-시스템을 지칭하는 모든 것을 포함한다.

분말 재료 및/또는 수화 용액에서 폴리카르복실산 또는 공중합체 또는 이들의 염 또는 에스테르의 발명적 사고를 통한 첨가에 의해, 하기 반응은 분해, 수화 및 중합 과정에서 발생되며, 여기서는 폴리(아크릴-코-말레산)과 칼슘 알루미네이트 사이의 반응을 통해 예시하였다. R은 임의의 군(다시 말해, H ⁺ , Li ⁺ , Na ⁺ , K ⁺ , Rb ⁺ , 바람직하게는 H ⁺ , Na ⁺ 및 K ⁺ )에서 하나의 이온을 나타낼 수 있거나 NH ₄ ⁺ 일 수 있고, M은 금속 이온(예를 들어, A1 ³⁺ , Ca ^{2 +} , Sr ^{2 +} , Si ^{4 +} )일 수 있다.

유기 친수성 시스템은 PAA-시스템에 제한되지 않지만, 또한 다른 폴리카르복실산, 예를 들어 폴리(말레산), 폴리(이타콘산) 또는 (트리카르발릴산) 또는 포스페이트 에스테르와 같은 카르복실레이트에 기초할 수 있다. 또한, PAA/PEG와 같은 폴리머는 사용될 수 있다.

가교 결합 금속 이온(Ca, Al, Si, Sr, 등)의 공급원은 반응성 유리 및 Ca-기재 시멘트 재료의 부가물이다. 반응성 유리는 바람직하게는 Si에 치환되는 이온(예를 들어, 높은 이가 이온 함량을 가진 기초 시스템 (CaO SrO, Al ₂ O ₃ )-SiO ₂ 의 _유리 )으로서 Ca, Sr 및/또는 Al를 가진 물에 용해 가능한 실리케이트 유리이다.

폴리 아크릴산(PAA) 또는 이들의 염의 기능은 분산 능력과 가교 결합으로 나눠질 수 있다. 가교 폴리산의 경우에 이해되는 바와 같이, 분말 재료(반응성 유리 및 칼슘 기재 시멘트 재료)를 처음에 액체에서 용해시키고, 그 후에 Ca- 및 Al- 이온이 폴리아크릴산과 가교되어 폴리아크릴레이트 폴리머를 형성하고, 두 번째 단계에서 다른 Ca- 및 Al- 이온이 수화하여 수화 칼슘 알루미네이트 재료를 형성한다. 이로부터 얻은 수화된 재료는 복합 CBC 재료이고 가교 폴리아크릴레이트 폴리머이다. 최적화된 두 부분의 복합물(바이오머)을 위해서 CBC 시스템은 Ca-알루미네이트 또는 Ca-실리케이트, 반응성 유리, 예를 들어 유리 이오노머 형태, 전통적인 생체활성 유리의 용해성 이상으로 용해가능한 조성물, 폴리아크릴산 및/또는 이들의 염 및 불활성 충전제 입자, 예를 들어 치과용 유리를 필요로 한다. 시스템의 초기의 낮은 pH는 반응성 유리와 염기성 Ca-알루미네이트 시스템 또는 예를 들어 Ca-실리케이트와 같은 형태의 다른 화학적으로 결합된 세라믹의 용해를 유도한다.

따라서, 결합 상은 생물기계적 및 생물화학적 특성과 특별하게 관련된 높은 성능의 마무리 특성을 가진 잠재적 초기 단계 특성의 조합을 촉진하는 전반적인 경화 공정에서 분리 기간 중에, 또는 중복 기간 중에 작용할 수 있다.

본 발명의 상세한 설명

LH 헨치(Hench)에 의한 "Engineered Materials Handbook" Vol 4, ASM International 1991, pp 1007-1013, (특별하게 도 1 및 2, p. 1008)에 따른 의학적 및 과학적 생성물에 대한 조사 논문과 비교하여, 본 발명은 타입 5로 정의될 수 있는, 다시 말해 전통적인 생체활성 유리 및/또는 재흡수가능한 재료보다 훨씬 빠른 용해 및 상의 침전을 구비한 추가적 타입의 생체활성 재료에 대해 다룬다. 이는 가용성 유리 및 무기 시멘트를 사용함에 의해 달성된다.

놀랍게 양호한 초기 결과 및 개선된 최종 특성을 얻는 본 발명에 따른 하나의 방법은 시스템의 생체활성 특징을 유지하면서 유리 이오노머 시멘트 및 칼슘 알루미네이트 미네랄 및/또는 칼슘 실리케이트의 하이브리드 재료를 만드는 것이다. 유리 이오노머 시멘트는 유리 및 폴리 아크릴산으로 구성된다. 산은 유리를 녹이고, 유리로부터 나오는 이온들은 산과 가교하고, 그 재료는 단단해진다. 반응은 비교적 빠르고 거의 최종 강도는 약 1시간이 경과 한 후에 달성된다. 소량의 유리를 칼슘 알루미네이트 또는 실리케이트로 교환하고 소량의 PAA를 물(촉진제와 함께)과 상응시킴에 의해, 하이브리드 재료를 형성할 수 있다. 액체 함유량은 하기 식을 통해 조절된다:

여기서 0.2 < W _C /c < 0.45(유기 시멘트 시스템을 지칭함), 0 < PAA/(반응성 유리) < 0.21 및 0.2 < W _GIC /(반응성 유리) < 0.45 (유리 이오노머 시스템을 지칭함)이다.

상기 식에서

c = 무기 시멘트;

W _C = 무기 시멘트와 반응하는 물

W _GIC = 반응성 유리와 반응하는 물, 및

W(다시 말해, 물 전체) = W _C + W _GIC 이다.

PAA는 용액 및/또는 고체 산 성분과 같이 적용될 수 있다.

초기 pH는 산성이기 때문에, PAA 반응은 처음에는 일어나고 산이 가교됨에 따라 pH는 증가하고 Ca-알루미네이트의 수화는 계속된다. 물질은 순수한 세라믹 시스템의 강도보다 훨씬 높은 초기 강도를 가진다. 최종 강도는 GIC보다 높다. 미세구조 변수는 pH, Ca-알루미네이트 또는 Ca-실리케이트 및 불활성 충전제, 예를 들어 치과용 유리 입자 또는 유리 섬유를 포함하는 폴리 아크릴산인 반응성 유리에 의해 조절된다.

초기 용액은 폴리카르복실릭의 가교를 높이는 pH < 7, 바람직하게는 1-4이어야 한다. pH는 폴리카르복실릭 시스템이 pH > 7에서 전반적으로 염기 시스템을 야기하는 CA-시스템을 만나는 경우에 증가된다. 폴리아크릴산의 양은 30분까지 pH < 7을 유지하도록 조절된다. 최종 수화 후에, pH는 염기에서부터 중화로 도달된다. 폴리카르복실릭에 기초한 순수한 유리 이오노머 시스템을 가진 하나의 문제는 부식 저항 민감성이다. 염기성 CAH 시스템은 폴리아크릴릭 시스템에서 초기 산성도를 중화시킨다. 본 발명은 두 개의 다른 생체물질로 구성되는 두 상의 생체물질로 간주 될 수 있으며, 여기서 첫 번째는 활성화되어 필요한 초기 단계 현상을 처리하고, 두 번째 생체물질은 생체활성 재료가 되는 것이 포함된 최종 생성물의 특성 프로파일을 달성한다.

pH의 조절(특별하게는 초기 산성 조건 후 공정에서 초기에 pH > 7을 달성하는 효과)은 초기 산성 시스템을 생체활성 시스템(다시 말해 인회석 형성 조건, 높은 pH의 요구조건, 칼슘, 포스페이트 및 하이드록실 이온을 포함하는 이온의 화학적 환경)으로 전환하게 하는 본질적 요소이며, 여기서 포스페이트 이온은 포스페이트 유리, 체액으로부터 또는 P-함유 결합 재료로부터 유래되고, 하이드록실 이온은 Ca-알루미네이트 시스템 또는 부가 염, 바람직하게는 Li-하이드록사이드 및/또는 Ca-하이드록사이드의 용해로부터 유래된다. 높은 pH는 알루미늄 이온(Al ^{3 +} )을 대신하여 알루미네이트 이온(Al(OH) ₄ ^- )의 형성에 기여한다.

본 발명의 반응성 충전제 입자는 반응성 유리, 포스포러스-함유 유리 및 화학적으로 결합된 세라믹, 바람직하게는 칼슘 알루미네이트, 바람직하게는 CA=(CaO)(Al ₂ O ₃ ), C ₁₂ A ₇ =(CaO) ₁₂ (Al ₂ O ₃ ) ₇ ) 및 C ₃ A=(CaO) ₃ (Al ₂ O ₃ ) 및/또는 CS=(CaO SiO ₂ ), C ₂ S=(2CaO SiO ₂ ), 및 C ₃ S=(3CaO SiO ₂ ), 후자는 정형외과적 장치를 위해 바람직하다. 반응성 유리의 조성물, 특별하게는 용해율은 중요하다. 유리 입자 사이즈는 또한 중요하고 40 마이크론 미만이어야 한다. 순수한 PAA는 보다 빠르게 일반적 가교 반응을 제공한다. PAA의 염의 첨가는 낮은 w/c에서 개선된 점도를 얻음에 있어 중요하다. 불활성 충전제는 일반적 최종-생성물 미세구조가 본질적이다. 이의 효과는 낮은 팽창, 증가된 방사선 비투과성 및 좋아진 기계적 특성, 특별하게는 경도 및 파괴 인성과 관련된다.

칼슘 알루미네이트 상에 관하여, 우수한 초기 강도를 제공하는 CA, C ₁₂ A ₇ 및 C ₃ A를 사용하는 것이 바람직하다. 촉진제의 첨가는 Ca-알루미네이트 상의 선택에 의존된다. 낮은 농도의 리튬 이온은 CA의 반응율을 증가시킨다. C ₁₂ A ₇ 및 C ₃ A를 위해 촉진제의 효과는 더욱 복잡하다.

본 발명의 또 다른 측면에 따라, 염기의 첨가는 약 5분의 초기 "산성화" 기간 후에 pH > 7 정도로, 더욱 바람직하게는 pH > 10정도 높게 변화시킨다. 이는 최적의 수화 속도를 보장한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따라, 추가적 산의 첨가는 30분까지의 지속 시간 중에 pH < 7 정도로 유지시킨다. 이는 산의 완전한 가교를 위한 최적의 시간을 보장한다.

이러한 추가로(지연 및 그 다음에 가속) pH 변화를 야기하는 방식은 기공 재료(바람직하게는 나노/메소 기공 구조 또는 지올라이트 타입 구조)로부터 산/염기의 방출을 포함한다. 추가적 방식은 입자 표면을 코팅하여 pH 변화 체계의 유리/용해를 조절하는 것으로, 특별하게는 CBC 물질, 예를 들어 Ca-알루미네이트 상을 예를 들어 Na-글리코네이트와 코팅함에 의한다.

활성 산은 무기 시멘트와 함께 건조 물질로서 또는 수화 용액에서 액체로서 또는 건조 활성 산 원료와 활성 산의 액체 용액의 조합물로서 도입될 수 있다.

적절하게는, 상기 폴리카르복실릭은 100-250,000, 바람직하게는 1000-100,000의 분자량을 가지고 30중량%, 바람직하게는 1-20중량% 및 가장 바람직하게는 3-15중량%까지의 양으로 존재하고, 이는 치과용 장치를 위한 임의의 건조 첨가제를 포함하는 분말 재료에서 계산되었다.

시스템은 불활성 치과용 유리를 분말 재료에서 첨가제로서 바람직하게는 3-30중량%, 더욱 바람직하게는 5-20중량%의 함유량으로 포함한다. 입자 크기는 높은 균일성을 달성하는데 중요하다. 입자 사이즈가 0.1-5 ㎛이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.2-2 ㎛ 및 가장 바람직하게는 0.3-0 ㎛이다. 치과용 유리는 추가로 덜 안정적인 유리 또는 반응성 유리의 적은 양을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 유리 함유량의 10% 미만으로 포함할 수 있다. 이 유리는 플루오린 및 포스포러스를 함유하여 플루오라이드 이온을 생성하고 이는 F-인회석 제형에 기여한다. 본 발명에 따라, 투명도는 초기 기공 닫힘 덕분에 순수함 속에서 무기 시멘트 기재 시스템보다 빨리 달성된다.

상기 폴리아크릴산 또는 이들의 염은 PAA, Me(I)-PAA, PAMA 및 Me(I)-PAMA로 구성되는 군에 있는 산이며, 여기서

PAA = 폴리아크릴산

PAMA = 폴리(아크릴-코-말레산)

Me(I)-PAMA = 폴리(아크릴-코-말레산) Me(I)-염

Me(I)-PAA = 폴리 아크릴산 Me(I)-염

Me(I) = 알카리 금속 이온, 예를 들어 Na, K 또는 Li 이다.

본 발명의 구체예에서, 폴리카르복실 기재 재료에 있는 일부 이상 또는 가장 바람직하게는 모든 반응성 기는 CBC 시스템에 연결된다.

시스템은 WO 00/21489에서 설명된 것과 같이 세라믹 재료에 장기간 치수 안정성을 제공하기 위해 적용된 하나 이상의 팽창 보강제(compensating additive)를 포함한다. 다른 첨가제 및 시스템의 여러 가지 측면은 SE 463,493, SE 502,987, WO 00/21489, WO 01/76534, WO 01/76535, PCT/SE02/01480 및 PCT/SE02/01481에 설명된 것을 따를 수 있고, 상기 내용은 본원에서 참조로 통합된다. 예를 들어, 시스템이 수화 재료의 투명성에 기여하는 첨가제를 포함하고/거나 원료에 기초함은 최소한 치아 충전 재료를 위해 바람직하다.

본 발명의 한 측면에 따르면, 불활성 충전제 입자는 주된 결합 상로서 같은 조성의 미리 수화된 화학적으로 결합된 세라믹으로 구성된다. 이는 미세구조의 균일성을 개선하고 화학적으로 결합된 세라믹과 충전제 재료 반응 사이에서 결합을 높인다.

본 발명에 또 다른 측면에 따르면, 추가적 시스템은 초기에 기공 닫힘(즉 CaSO ₄ 의 반수화물, 석고와 같이 pH가 독립적으로 작용하는 시스템을 도입함에 의함)을 개선하도록 포함될 수 있다. 그리고 초기에 전체 시스템(인산 및 아연 산화 형성 Zn-포스페이트의 조합)을 경화하기 위한 추가 시스템에 의하기도 한다. 이 상은 장기간 특성에 기여하지 않을 것이지만, 초기 기공 닫힘 및 초기 강도를 높일 것이다.

그레뉼을 사용하여 w/c 비율 (물/시멘트 비율)은 루즈 파우더(loose powder)보다 낮아질 수 있다. 재료의 유동성은 그레뉼이 되는 경우에 높아진다. 그레뉼은 바람직하게는 1 mm 미만의 사이즈이고, 더욱 바람직하게는 0.5 mm 미만 및 가장 바람직하게는 0.4 mm 미만이다. 그레뉼의 밀도인 그레뉼의 압축 밀도는 35% 초과, 바람직하게는 50% 초과 가장 바람직하게는 60% 초과이어야 한다.

이러한 매우 높게 압축된 작은 그레뉼을 사용하여, 재료의 성형은 높게 압축된 물체의 임의의 잔존하는 가공성에 대한 제한 없이 연속적인 단계로 일어날 수 있다. 혼련, 압출, 타블렛 드로윙(tablet throwing), 초음파와 같은 이러한 연속적인 단계에서 촉진된 성형은 35% 초과, 바람직하게는 50% 초과, 더욱 바람직하게는 60% 초과의 높은 최종 압축 정도를 가지는 시스템에서 유동성을 유지하는 동안 제조될 수 있다.

이 원리는 사전 압축되고, 높게 컴팩트된 바디의 그래뉼화 후 작은 그레뉼이 입자가 마이크로미터 크기와 같은 입자들 사이에서 수천 개의 접촉지점을 함유한다는 사실에 기초한다. 새로운 바디를 형성하도록 작은 그레뉼을 압축하는 경우에, 새로운 접촉 지점은 발생하며, 이 새로운 접촉 지점은 높은 정도의 압착과는 다르다. 전체 압착 정도가 새로운 접촉 지점에서 보다 낮은 압착의 정도에 의해 단지 약간 낮아지는 동안에 이 새로운 접촉 지점에서 낮은 정도의 압착은 개선된 가공성을 초래한다. 이는 단지 접촉 지점의 전체 양의 매우 적은 비율로 구성되는 새로운 접촉 지점 때문이다. 예를 들어 수천 개의 새로운 접촉 지점이 형성되지만, 이 접촉 표면은 전체 접촉 표면의 천분의 일 미만일 것이며, 다시 말해 이들은 최종 농도에 매우 작은 영향을 끼치고, 이는 본 발명에 따라 그레뉼의 보다 높은 정도의 압착에 의해 결정될 것이다. 더구나, 이온, 포화용액 및 수화 침전의 형성을 유도하는 물과의 반응에 의해 고체 재료의 용해를 본 발명에 따른 시스템을 위한 일반적 경화 메카니즘이 포함하기 때문에 각각 팩된 그레뉼 사이의 접촉 지대는 다른 접촉 지점과 거의 구별되지 않는다.

첨가 액체에 의해 시멘트가 수화되는 시스템에서, 새로운 접촉 지점은 더구나 경화된 상에 의해 채워질 것이며, 이는 균일성이 수화/경화 후에 증가됨을 의미한다. 이런 방식에서 증가된 압착의 최종 정도에 의해, 더욱 조밀해진 최종 생성물은 획득되어 생성물의 가공성이 매우 좋아지는 것과 같은 증가된 강도, 방사선 불투과 작용제의 보다 적은 양의 가능성 및 보다 손쉽게 달성된 투명도를 유도할 것이다.

이 구체예의 한 측면에 따르면, 그레뉼은 바람직하게는 60% 초과, 더욱 바람직하게는 65% 초과 및 가장 바람직하게는 70% 초과의 압착 정도를 나타낸다. 그레뉼에서 파우더 입자는 20 ㎛ 바람직하게는 10 ㎛ 미만의 최대 입자 사이즈를 가지는데 반해, 바람직하게는 그레뉼은 30 ㎛ 이상, 바람직하게는 50 ㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 70 ㎛ 이상의 평균 사이즈를 가지고, 250 ㎛ 미만, 바람직하게는 200 ㎛ 미만 및 더욱 바람직하게는 150 ㎛이다. 단지 매우 작은 비율의 파우더 입자만이 최대 입자 크기를 가지는 입자를 구성하는 것은 본원에서 알려져 있다. 입자 크기는 레이져 회절에 의해 측정된다. 높게 컴팩트된 그레뉼은 특정 정도의 압착으로 컴팩트된 파우더 재료에 의해 측정되고, 냉간 등방압 성형기(cold isostatic pressing), 박막 타블렛 성형기(tablet pressing of thin layers), 하이드로 펄스 기술(hydro-pulse technique) 또는 엑스플로션 컴팩팅(explosion compacting)에 의해 제조되며, 여기서 컴팩트된 재료가 적절히 그레뉼된 후에, 부서지거나 찢겨져 특정 사이즈의 그레뉼로 되는 것이다.

본 발명에 따른 시스템 및 재료는 유리 이오노머 시멘트 및 순수한 칼슘 알루미네이트 기재 시스템 또는 모너머 기재 충전재와 같은 시스템/재료와 비교하여 장점을 가지며, 이는 생체활성을 유지한다는 것, 개선된 초기 강도를 가지다는 것, 치수적 측면, 강도 및 오염의 최소화와 관련한 장시간의 안정성을 가진다는 것이다. 재료의 점도는 습기 있는 그레뉼에서 주입가능한 슬러리까지 분말 재료와 수화 용액의 초기 혼합으로 넓은 범위에서 조절될 수 있다. 재료는 2 단계(무기 시멘트 시스템과 추가 반응성 유리로부터 양이온과 함께 유기 산 또는 이들의 염의 가교에 의해, 그리고 하나 이상의 시스템의 수화에 의해) 이상에서 경화된다는 점에서 독특하다.

실시예 1

테스트를 기계적 특성에서 폴리 산의 양 및 화학적 결합 세라믹의 조성의 영향을 조사하기 위해 수행하였다. 값은 상용되는 이오노머 시멘트 및 아말감과 비교하였다.

사용된 천연재료:

칼슘 알루미네이트((CaO) ₃ (Al ₂ O ₃ ), (CaO)(Al ₂ O ₃ ), (CaO) ₁₂ (Al ₂ O ₃ ) ₇ ), 칼슘 실리케이트 (CaO)(SiO ₂ ), (2CaO)(SiO ₂ ), (3CaO)(SiO ₂ ), 치과용 유리 충전제(스코트(Schott)), 폴리 산(PAA = poly acrylic acid Mw=50,000, Na-PAMA=폴리(아크릴-코-말레산) 소듐 염 Mw=50, 000) 및 반응성 유리(스코트 및 실험용 유리). 유리 이오노머 시멘트(후지(Fuji) II, GC-corp) 및 아말감 (디스퍼날로이(Dispersalloy), 덴트스플라이(Dentsply))

사용된 재료의 제조

칼슘 알루미네이트를 치과용 유리, 반응성 유리, 폴리아크릴산 및 폴리(아크릴-코-말레산) 소듐 염과 혼합시켰다. 칼슘 알루미네이트 상을 소결 공정을 통해 합성시켰으며, 여기서 첫 번째 CaO 및 Al ₂ O ₃ 를 요망되는 조성으로 혼합시키고 그 다음에 6시간 동안 높은 온도에서 소결시켰다. 형성된 칼슘 알루미네이트 덩어리(lump)를 분쇄시키고 1.5 ㎛의 평균 입자 사이즈와 9 ㎛의 최대 입자 사이즈로 건식 분쇄(jet-mill)시켰다. 치과용 유리, 칼슘 알루미네이트 및 폴리 산을 아세톤및 Si ₃ N ₄ 대리석과 14시간 동안 혼합시켜 요망되는 균질성을 얻었다. 같은 공정을 Ca 실리케이트를 사용하여 제조 8을 위해 사용하였다. 제제는 하기 표에 따라 제조되었다(중량%):

* 는 섬유와 같은 불활성 유리

5 ml의 자(jar)에 제형을 두고 액체에 적시고 "로토믹스(Rotomix)" (3M ESPE)에서 15초 동안 혼합하고 3초 동안 원심분리 하였다. 추가로 18 mM의 LiCl를 첨가하여 수화 속도를 더욱 증가시켰다. 액체 함유량은 하기식에 따라 조절된다:

여기서 Wc/c=0.32 (무기 시멘트-시스템을 지칭), PAA/(반응성 유리)=0.14 및 w/(반응성 유리)=0.37 (유리 이노머 시스템을 지칭)한다.

테스트의 상세한 설명

6개의 제형, 아말감 및 유리 이오노머 시멘트의 직경 인장 강도를 측정하였다. 강도를 15분, 60분, 4시간 및 24시간 후에 측정하였다. 모든 샘플을 DTS의 측정전 포스페이트 버퍼 용액(pH 7.4)에 저장하였다. pH를 DTS-측정으로 같은 기간 동안 증류된 물에 정의 양의 재료를 흡수시킴에 의해(부피에 의해 재료/물이 1/3) 측정하였다. 모든 저장을 37℃에서 하였다.

결과

테스트의 결과는 하기와 같다:

PAA 및 반응성 유리를 칼슘 알루미네이트 시스템에 첨가함에 의해, 증가된 초기 강도를 얻을 수 있었다. 또한, (CaO) ₁₂ (A1 ₂ 0 ₃ ) ₇ 의 첨가에 의해 반응 속도 및 또한 초기 강도를 증가시켰다. 칼슘 알루미네이트와의 제조에 있어서 시간에 따른 pH의 증가는 수화 반응이 순수한 칼슘 알루미네이트 시스템과 유사함을 보여준다.

실시예 2

일련의 테스트를 산 부식 저항도에 대한 폴리 산의 영향을 조사하기 위해 수행하였다. 값을 상용되는 유리 이오노머 시멘트 (후지 II)와 상용되는 칼슘 알루미네이트 기재 치과용 재료 (독사덴트(DoxaDent), 독사(Doxa) AB)와 비교하였다.

사용되는 재료

칼슘 알루미네이트 (CaO)(A1 ₂ 0 ₃ ), 치과용 유리 충전제 (스코트), Na-PAMA = 폴리(아크릴-코-말레산) 소듐 염, 폴리 아크릴 산 Mw 50000, 반응성 유리.

테스트의 상세한 설명

테스트 a) 내지 c)는 하기 사항을 조사하였다:

a) 후지 II의 산 부식성

b) 독사덴트의 산 부식성

c) 실시예 1에서 설명된 제형 3

d) 실시예 1에서 설명된 제형 7

칼슘 알루미네이트 상을 처음 CaO와 A1 ₂ 0 ₃ 를 요망되는 조성으로 혼합시키고 그 다음에 6시간 동안 증가된 온도에서 소결시키는 소결 공정을 통하여 합성하였다. 형성된 칼슘 알루미네이트 덩어리를 분쇄시키고 건식 분쇄시켜 3 ㎛의 평균 입자 크기와 9 ㎛의 최대 입자 크기를 얻었다. 치과용 유리, 반응성 유리, 칼슘 알루미네이트 및 폴리 산을 아세톤과 Si ₃ N ₄ 대리석으로 14시간 동안 혼합시켜 요망되는 균일성을 얻었다. 테스트 c) 및 d)에서 샘플을 5 ml의 자에서 요망되는 물과 시멘트 비율로 혼합하고 15초 동안 500 rpm에서 회전시켰다. 독사덴트 및 후지 II 샘플을 제조 사용법에 따라 만들었다. 산 부식을 ISO-9917에 따라 측정하였다.

테스트 b), c) 및 d)에서 보여준 결과는 0.01 mm/h 미만의 산 부식(측정 한계 미만)을 나타내고 반면에 유리 이오노머 시멘트는 0.1 mm/h의 산 부식을 보여준다. 따라서 칼슘 알루미네이트에 폴리 산의 첨가는 산 저항성을 줄이지 않음을 보여준다.

실시예 3

일련의 테스트를 칼슘 기재 시멘트 재료, 유리 이오노머 시멘트 및 이 둘의 조합물의 실험관내 생체활성 가능성을 조사하기 위해 수행하였다. 생체활성을 체액과 접촉된 표면에서 인회석을 형성하는 능력으로 본원에서 정의한다.

사용되는 재료의 제조

치과용 유리, 반응성 유리, 폴리 아크릴산 및 폴리(아크릴-코-말레산) 소듐 염을 혼합시켰다. 칼슘 알루미네이트 상을 처음 CaO와 A1 ₂ 0 ₃ 를 요망되는 조성으로 혼합시키고 그 다음에 6시간 동안 증가된 온도에서 소결시키는 소결 공정을 통해 합성시켰다. 형성된 칼슘 알루미네이트 덩어리를 분쇄시키고 건식 분쇄시켜 2.5 ㎛의 평균 입자 크기와 9 ㎛의 최대 입자 크기를 얻었다. 치과용 유리, 칼슘 알루미네이트 및 폴리 산을 아세톤 Si ₃ N ₄ 마블과 14 시간동안 혼합시켜 요망하는 균일성을 얻었다. 같은 공정을 Ca 실리케이트를 사용하여 제형 8을 위해 사용하였다. 제형을 하기 표에 따라 만들었다(질량%):

*는 유리 섬유와 같은 불활성 유리

5 ml 자에 0.5 그람의 각 제형을 두고 액체로 적시고 15초 동안 3M/ESPE에 의해 믹서에서 혼합시키고 3초 동안 원심분리시켰다. 추가로 18 mM의 LiCl를 첨가하여 수화 속도를 더욱더 증가시켰다. 액체 조성을 하기식을 통하여 조절하였다:

여기서 Wc/c=0.32 (CBC-시스템을 지칭), PAA/(반응성 유리)=0.14 및 w/(반응성 유리)=0.37 (유리 이노머 시스템을 지칭)한다. 비교를 위해 GIC 샘플을 또한 만들었다.

테스트의 상세한 설명

생체활성을 37℃에서 1일, 7일 및 21일의 기간 동안 자극된 체액(simulated body fluid(SBF))에서 정의된 양의 재료를 흡수시킴에 의해 고찰하였다. 저장 후에 샘플을 SBF로부터 제거시키고, 증류 물로 세정시키고 48시간 동안 37℃에서 건조시켰다. 제형의 표면 조성을 박막 X-레이 회절(각 1°) 및 SEM으로 고찰하고 EDX로 통합하였다. 5개의 샘플을 각 제형과 기간에 대해 분석하였다. SEM에 대해 1.67의 비를 가지는 표면에서의 Ca 및 P의 존재는 인회석의 형성을 나타낸다. XRD에서 인회석에 대한 분말 회절 파일을 따른 정점은 샘플로부터의 패턴을 따른다.

결과

분석을 통한 결과는 하기 표에서 있다. 칼슘 기재 시멘트를 가진 모든 제형은 21일 후 표면에 인회석을 형성하였다. 칼슘 알루미네이트의 낮은 양을 가진 제형은 많은 칼슘 알루미네이트를 가진 제형과 같이 빠르게 인회석 층을 형성하지 않으며, 모두 1일 후 표면에 인회석을 가진다. GIC 재료는 표면에 인회석을 형성하지 않는다. 따라서 통합 재료는 생체활성이 있는 것으로 볼 수 있다.

표. 생체활성으로부터의 결과

본 발명은 본원에서 설명된 구체예로 제한되는 것이 아니고, 청구 범위의 취지 내에서 다양하게 될 수 있다.