적층 가공방식인 3D 프린팅 기술은 기존의 절삭가공에 비해 시간적, 경제적 이점을 가지고 있어 기계, 전자, 예술, 의료 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 현재 의료분야에서도 3D 프린팅 기술을 활용한 연구들이 활발히 진행 중 이며, 그 중 생체친화성 재료를 이용한 맞춤형 골 대체재의 개발이 있다. 골 대체재는 골 결손이 일어난 부분에 지지체로 이식하여 골세포의 증식 및 성장을 돕고, 체내에서 생분해가 일어나면서 골 재생을 돕는 의료 기기이다. 골 지지체로 활용하기 위해서는 생체 적합성, 생분해성, 기계적 강도, 표면 특성과 같은 조건을 만족해야 한다.
본 연구에서는 3D 프린팅 기술을 이용한 골 이식 재료의 제작과 관련하여 Polylactide(PLA)와 인산칼슘계 Hydroxyapatite(HAp)를 10 wt% 혼합한 복합재료를 제조하였고, 3D프린터에서 사용이 가능하도록 직경 1.75mm의 필라멘트로 제작하여 다공성 스캐폴드 형태로 출력하였다. 스캐폴드는 각각 60℃, 90℃, 120℃로 1시간 동안 열처리 하였다. 열처리 온도는 시차 주사 열량 분석법 측정에 따라 유리 전이 온도, 결정화 온도, 용융 온도를 기준으로 설정하였다. 실험 결과 열처리 온도가 증가할수록 결정화도가 높아지는 것을 확인하였고, 고분자가 결정화될 때 형성되는 라멜라 구조도 확인하였다. 기계적 특성은 압축 응력 측정에 따라 평가하였는데, 60℃에서 열처리 한 조건에서 가장 강한 압축 강도를 나타내었고 90℃와 120℃에서는 취성이 강하게 증가하였다. 또한 생체적합성 면에서 모든 시편이 비슷한 생체적합성을 보였으나, 60℃에서 열처리를 한 시편이 세포 증식 및 기능 면에서 향상된 값을 보였다. 결과적으로, PLA-Hydroxyapatite 복합체 스캐폴드는 유리 전이 온도 이상 결정화 온도 이하에서 열처리 할 때 기계적, 생체적 기능이 향상되며, 열처리를 통한 후가공을 골 결손 부위의 지지체 제작에 활용이 가능함을 확인하였다.