CN103668940B - 一种表面改性纤维增强复合骨水泥及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种表面改性纤维增强复合骨水泥及其制备方法和应用，该复合骨水泥固相组分包含90-99.9重量份无机骨水泥和0.1-10重量份表面改性高分子纤维，其中，表面改性高分子纤维是指依次经过表面等离子体处理和表面矿化处理的高分子纤维。本发明还提供表面改性高分子纤维、复合骨水泥材料及制备方法。本发明的表面改性高分子纤维，明显提高骨水泥的抗压强度和韧性等力学性能，复合骨水泥可任意塑形并且能够在体液环境中快速固化，可用于骨损伤的填充材料，是一种具有广阔应用前景的人体硬组织修复材料。
Description
技术领域
本发明属于医用生物材料领域，具体涉及一种表面改性纤维增强复合骨水泥及其制备方法和应用。
背景技术
目前，自固化磷酸钙骨水泥由于能在人体生理环境下发生固化反应，固化产物与人体正常骨组织中的无机成分相近，因而在骨修复方面有广泛的应用前景。但是，单纯的磷酸钙骨水泥仍然存在一些问题,如力学性能较差、脆性大、强度偏低，主要用于非承重的骨缺损部位(陶艳，李东旭，李延报.可注射磷酸钙骨水泥的研究进展.材料导报A,2011,25(2)：121-123)。
研究发现，通过向磷酸钙骨水泥中引入可降解纤维可以改善骨水泥的降解性能，还可以增强、增韧骨水泥(连芩，李涤尘，王臻等.壳聚糖纤维/磷酸钙骨水泥复合材料人工骨的降解性能.机械工程学报，2010,46(5)：110-115)。但是，由于高分子纤维的密度及表面状态与无机磷酸盐差别很大，因此在直接混合的情况下，大多数纤维与磷酸钙骨水泥两种成分的相容性不理想，往往导致界面粘结性差、分散不均匀的问题，难以起到增强效果。故对纤维进行表面改性以提高两相相容性显得很有必要。
目前，纤维的表面改性方法有很多种，例如纤维表面化学接枝处理、化学氧化处理等。纤维表面化学接枝处理是用强氧化剂氧化，以在纤维表面形成接枝活性中心，再与带有活性官能团的单体发生接枝共聚反应，从而在纤维表面引入亲水性基团。但是，强氧化剂的引入对环境污染较大，并且纤维中容易引入杂质，不利于临床应用。化学氧化处理分为气相氧化法和液相氧化法，通过氧化性化学试剂对纤维表面进行氧化处理，改变纤维表面的粗糙度和表面极性基团的含量。Wu等(GMWu，C H Hung,J H You,et al.Surface Modification of Reinforcement Fibers forComposites.Journal of Polymer Research,2004,11:31-36)用甲基磺酸和浓硝酸对PBO和Kevlar纤维表面进行了处理，结果发现，用60％的甲基磺酸处理PBO纤维36小时后其表面自由能增大了35％；用60％硝酸对PBO纤维处理同样的时间，表面自由能增大了14％，虽提高纤维与树脂间界面结合强度，但纤维力学强度下降也比较明显。
因此，本领域亟待一种改性纤维增强复合骨水泥，纤维与骨水泥的界面结合强度高，且复合骨水泥强度高、韧性好，可塑性强，固化迅速，降解快，更好地满足手术使用的要求。
发明内容
本发明旨在通过对纤维表面改性来改善骨水泥的力学性能及可降解性，从而克服纤维改性无机骨水泥时通常出现的界面结合强度差、分散不均的瓶颈问题，解决骨水泥存在的韧性不足、降解性差等缺点。
本发明的第一方面，提供一种表面改性高分子纤维，所述表面改性高分子纤维为依次经过表面等离子体处理和表面矿化处理的高分子纤维。
在另一优选例中，所述无机骨水泥粉末选自：磷酸三钙、磷酸四钙、磷酸八钙、磷酸氢钙、羟基磷灰石、氟磷灰石、焦磷酸钙、硫酸钙、硅酸钙、偏磷酸钙、磷酸镁、氧化镁；和/或
所述高分子纤维是可降解的高分子纤维，选自：聚乳酸、聚乙醇酸、聚羟基脂肪酸酯、聚碳酸酯、聚己内酯、壳聚糖、海藻酸、细菌纤维素中的一种、两种以上的共混物或两种以上的共聚物。
在另一优选例中，所述高分子纤维选自：聚乳酸-羟基乙酸共聚物纤维、聚羟基乙酸纤维、聚羟基丁酸酯纤维、聚己内酯纤维。
在另一优选例中，所述等离子体处理的气氛为O2、Ar、N2中的一种或者几种的混合，其中优选气氛为O2气氛；和/或
采用等离子体处理的功率为40W-1000W，其中优选为300W-600W；和/或
采用等离子体处理的时间为1-600s，其中优选为10-120s。
在另一优选例中，所述矿化处理是指采用多巴溶液处理高分子纤维的表面从而进行表面矿化。
本发明的第二方面，提供一种复合骨水泥固相组分，所述复合骨水泥固相组分包含90-99.9重量份无机骨水泥粉末和0.1-10重量份表面改性高分子纤维，其中，所述表面改性高分子纤维是指依次经过表面等离子体处理和表面矿化处理的高分子纤维。
在另一优选例中，所述无机骨水泥粉末选自：磷酸三钙、磷酸四钙、磷酸八钙、磷酸氢钙、羟基磷灰石、氟磷灰石、焦磷酸钙、硫酸钙、硅酸钙、偏磷酸钙、磷酸镁、氧化镁；和/或
所述高分子纤维是可降解的高分子纤维，选自：聚乳酸、聚乙醇酸、聚羟基脂肪酸酯、聚碳酸酯、聚己内酯、壳聚糖、海藻酸、细菌纤维素中的一种、两种以上的共混物或两种以上的共聚物。
在另一优选例中，所述等离子体处理的气氛为O2、Ar、N2中的一种或者几种的混合，其中优选气氛为O2气氛；和/或
采用等离子体处理的功率为40W-1000W，其中优选为300W-600W；和/或
采用等离子体处理的时间为1-600s，其中优选为10-120s。
在另一优选例中，所述矿化处理是指采用多巴溶液处理高分子纤维的表面从而进行表面矿化。
本发明的第三方面，提供一种复合骨水泥组合物，包含固相组分和固化液，所述固相组分为第二方面所述的复合骨水泥固相组分。
本发明的第四方面，提供一种复合骨水泥材料，由第二方面所述的复合骨水泥固相组分和固化液混合形成糊状物后凝结固化制成；或
由第一方面所述的表面改性高分子纤维、无机骨水泥粉末和固化液混合形成糊状物后凝结固化制成。
在另一优选例中，先将表面改性高分子纤维与无机骨水泥粉末混合均匀，然后加入固化液溶液，搅拌均匀后植入体内，或待其固化后植入体内。
本发明的第五方面，提供第一方面所述的表面改性高分子纤维的制备方法，包括以下步骤：
(a)提供高分子纤维；
(b)将所述高分子纤维的表面进行等离子体处理获得表面等离子体处理的高分子纤维；
(c)将所述步骤b)获得的表面等离子体处理的高分子纤维置于多巴溶液中进行表面矿化处理，得到权利要求1所述的表面改性高分子纤维。
本发明的第六方面，提供一种高分子纤维表面改性方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供高分子纤维；
(b)将所述高分子纤维的表面进行等离子体处理获得表面等离子体处理的高分子纤维；
(c)将所述步骤b)获得的表面等离子体处理的高分子纤维置于多巴溶液中进行表面矿化处理，对高分子纤维进行表面改性。
本发明的第七方面，提供第二方面所述的复合骨水泥固相组分的制备方法，包括将0.1-10重量份权利要求1所述的表面改性高分子纤维和90-99.9重量份无机骨水泥粉末进行混合得到所述复合骨水泥固相组分的步骤。
本发明的第八方面，提供第一方面所述的表面改性高分子纤维的用途，用于制备硬组织修复材料。
所述硬组织为骨组织。
所述硬组织修复材料是指骨缺损重建材料。
所述硬组织修复材料是指强化骨质疏松的材料。
本发明的第八方面，提供第二方面所述的复合骨水泥固相组分的用途，用于制备硬组织修复材料。
所述硬组织为骨组织。
所述硬组织修复材料是指骨缺损重建材料。
所述硬组织修复材料是指强化骨质疏松的材料。
本发明的第九方面，提供第三方面所述的复合骨水泥组合物的用途，用于制备硬组织修复材料。
所述硬组织为骨组织。
所述硬组织修复材料是指骨缺损重建材料。
所述硬组织修复材料是指强化骨质疏松的材料。
本发明的第十方面，提供第四方面所述的复合骨水泥材料的用途，用于制备硬组织修复材料。
所述硬组织为骨组织。
所述硬组织修复材料是指骨缺损重建材料。
所述硬组织修复材料是指强化骨质疏松的材料。
由于高分子纤维表面疏水，与无机骨水泥界面粘结性差且不利于均匀分散。本发明通过等离子体方法对高分子纤维表面处理，增加高分子纤维的表面粗糙度，改善其亲水性。
本发明通过改变高分子纤维的表面状态，使高分子纤维与无机骨水泥的界面结合强度提高，使复合骨水泥具有良好的韧性和较高的抗压强度，可塑性强，具有快速固化性能以及良好的生物相容性和生物降解性，解决了传统骨水泥脆性大、抗压强度低、难降解的缺陷。该材料可用于颅骨修复，也可用于各种原因引起的骨缺损的填充材料，以及脊柱骨质疏松椎体强化的微创治疗，具有巨大的临床应用潜力。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
附图说明
图1为经过表面改性的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)纤维扫描电镜照片。
图2为扫描电镜照片,其中(A)和(B)示出未改性纤维/自固化磷酸钙的复合骨水泥断面，(C)和(D)示出改性纤维/自固化磷酸钙的复合骨水泥断面。
图3为改性纤维/自固化磷酸钙的复合骨水泥(PGA纤维改性CPC)和自固化磷酸钙骨水泥(纯CPC)的广角X射线衍射图。
图4为未改性纤维/自固化磷酸钙复合骨水泥(未处理纤维改性CPC)、改性纤维/自固化磷酸钙复合骨水泥(处理纤维改性CPC)和自固化磷酸钙骨水泥(纯CPC)的应力应变曲线。
图5为改性纤维/自固化磷酸钙复合骨水泥植入兔股骨缺损后12周的组织切片照片。
具体实施方式
本申请的发明人经过广泛而深入地研究，首次意外发现采用等离子体处理和矿化处理结合的方式对高分子纤维的表面进行改性处理后，改性高分子纤维与无机骨水泥的界面结合强度提高，使复合骨水泥具有良好的韧性和较高的抗压强度，可塑性强，具有快速固化性能以及良好的生物相容性和生物降解性。在此基础上，完成了本发明。
无机骨水泥
无机骨水泥是一种新型的骨修复、骨填充或骨替代材料，可由磷酸钙等含钙粉末，经固化液调和后凝结固化得到。
本发明中使用的无机骨水泥粉末没有特别的限制，可以使本领域常规的用于骨组织修复的各种磷酸钙盐或复合磷酸钙盐，优选为磷酸三钙、磷酸四钙、磷酸八钙、磷酸氢钙、羟基磷灰石、氟磷灰石、焦磷酸钙、硫酸钙、硅酸钙、偏磷酸钙、磷酸镁、氧化镁中的一种或它们的混合物。
所述无机骨水泥粉末粒径为10-20μm。
表面改性高分子纤维
本发明的表面改性高分子纤维，为依次经过表面等离子体处理和表面矿化处理的高分子纤维。
所述高分子纤维是具有良好的生物相容性和生物降解性的高分子纤维，选自：聚乳酸、聚乙醇酸、聚羟基脂肪酸酯、聚碳酸酯、聚己内酯、壳聚糖、海藻酸、细菌纤维素中的一种、两种以上的共混物或两种以上的共聚物。
所述高分子纤维的长度为1-20mm。
所述高分子纤维的直径10-30μm。
本发明的表面改性高分子纤维的制备方法，包括以下步骤：
(a)提供高分子纤维；
(b)将所述高分子纤维的表面进行等离子体处理获得表面等离子体处理的高分子纤维；
(c)将所述步骤b)获得的表面等离子体处理的高分子纤维置于多巴溶液中进行表面矿化处理，得到所述的表面改性高分子纤维。
本发明中优选采用低温等离子体处理仪进行等离子体处理。
所述等离子体处理的气氛为O2、Ar、N2中的一种或者几种的混合，其中优选气氛为O2气氛。
采用等离子体处理的功率为40W-1000W，其中优选为300W-600W。
采用等离子体处理的时间为1-600s，其中优选为10-120s。
矿化处理是指采用多巴溶液处理高分子纤维的表面从而进行表面矿化，其中，高分子纤维的表面事先经等离子体处理。
多巴没有特别的限制，可以为多巴或者多巴类的衍生物，如多巴胺、盐酸多巴胺等。所述多巴溶液为多巴的模拟体液溶液，浓度为0.1-2mg/mL，其中优选为0.2-0.6mg/mL。本发明中，模拟体液可以采用本领域常规使用的各种模拟体液，如文献“纳米TiO2丝素蛋白多孔膜的体外降解性能”(蚕业科学，2009,35(2)：422-426)中所公开的配方。多巴与高分子纤维的重量比范围为20:1-1:10。
在本发明的一优选实施方式中，利用冷等离子体改性处理仪，以O2/Ar作为处理气氛，在100-1000W的功率条件下处理高分子纤维1-600s，然后将处理后的纤维浸泡在浓度为0.1-2mg/mL多巴胺溶液中，放入37℃恒温恒湿箱24h，然后取出纤维放入60℃烘箱干燥,最后将纤维剪成1-20mm的长度。
等离子体处理只发生在纤维表面几十个埃米厚度内，基本上不会影响纤维本身的优良性能。而且作为一种干式处理工艺，可省去湿法工艺中的烘干、废水处理工序，节约能源，对环境污染小。等离子体方法可以有效对纤维表面进行改性，改变其亲疏水性和表面粗糙度。另外，在碱性和氧气的作用下，多巴胺在高分子纤维表面形成一层具有粘性聚多巴胺涂层，使高分子纤维浸泡在模拟体液溶液中后，钙、磷离子容易在高分子纤维上沉积，起到预矿化效果，可减少纤维之间互相缠绕现象，有利于均匀分布。另一方面，选用的高分子纤维有很好的降解性，与无机骨水泥混合后，高分子纤维首先在体内发生原位降解，使材料产生孔洞，加速了整个骨水泥修复体的降解。
复合骨水泥组合物
本发明的复合骨水泥组合物，其固相组分包含90-99.9重量份无机骨水泥粉末和0.1-10重量份表面改性高分子纤维，其中，所述表面改性高分子纤维是指依次经过表面等离子体处理和表面矿化处理的高分子纤维。
所述复合骨水泥固相组分由90-99.9重量份无机骨水泥粉末和0.1-10重量份表面改性高分子纤维组成。
所述复合骨水泥固相组分包含95-99.2重量份无机骨水泥粉末和0.8-5重量份表面改性高分子纤维。
所述复合骨水泥固相组分由95-99.2重量份无机骨水泥粉末和0.8-5重量份表面改性高分子纤维组成。
复合骨水泥组合物的液相组分为固化液，为无机或有机盐的水溶液或生理盐水溶液，所述的无机盐选自：磷酸钠、碳酸氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠；所述有机盐选自：透明质酸钠、海藻酸钠、柠檬酸钠、苹果酸钠、乳酸钠、酒石酸。
所述固化液的质量浓度(g/ml)为0.1-10％，其中优选范围为0.3-5％。
固化液和固相组分的液固比为0.1-2mL/g，其中优选范围为0.28-1mL/g。固相组分为复合骨水泥固相组分，或为表面改性高分子纤维及无机骨水泥粉末的组合。
复合骨水泥材料
本发明的复合骨水泥材料，由复合骨水泥固相组分和固化液混合形成糊状物后凝结固化制成；或
由表面改性高分子纤维、无机骨水泥粉末和固化液混合形成糊状物后凝结固化制成。
固化液和固相组分的液固比为0.1-2mL/g，其中优选范围为0.28-1mL/g。
固相组分为复合骨水泥固相组分，或为表面改性高分子纤维及无机骨水泥粉末的组合。
固化液为无机或有机盐的水溶液或生理盐水溶液，所述的无机盐选自：磷酸钠、碳酸氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠；所述有机盐选自：透明质酸钠、海藻酸钠、柠檬酸钠、苹果酸钠、乳酸钠、酒石酸。
所述固化液的质量浓度(g/ml)为0.1-10％，其中优选范围为0.3-5％。
固化液和固相组分的液固比为0.1-2mL/g，其中优选范围为0.28-1mL/g。
所述糊状物的固化时间为1-48小时，其中优选固化时间为1-20小时。
所述糊状物在37±0.5℃、98-100％湿度下凝结固化。
本发明的一优选实施方式中，复合骨水泥材料的制备方法包括以下步骤：
1)将高分子纤维经等离子体处理后，采用多巴胺溶液对其表面进行预矿化处理从而对高分子纤维进行改性；
2)将改性高分子纤维与无机骨水泥粉末混合均匀得到固相组分，质量比为95-99.2(无机骨水泥粉末)：0.8-5(改性高分子纤维)。
3)在固相组分中加入固化液，固化液和固相组分的液固比为0.28-1mL/g，搅拌均匀，混合成糊状物；
4)将糊状物装入模具，放入37±0.5℃，恒温恒湿箱固化得到复合骨水泥材料。
本发明提到的上述特征，或实施例提到的特征可以任意组合。本案说明书所揭示的所有特征可与任何组合物形式并用，说明书中所揭示的各个特征，可以被任何提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代。因此除有特别说明，所揭示的特征仅为均等或相似特征的一般性例子。
本发明的有益之处在于：
(1)本发明的表面改性高分子纤维，能够分散均匀在无机骨水泥中，有效提高高分子纤维与无机骨水泥的界面结合强度；
(2)本发明的复合骨水泥材料，具有良好的韧性和较高的抗压强度，力学性能优良；
(3)本发明的表面改性高分子纤维具有良好的生物降解性，在体内发生原位降解，使复合骨水泥材料产生孔洞，加速复合骨水泥材料的降解。
(4)本发明的复合骨水泥材料，可塑性强，可快速固化，且具有良好的生物相容性；
(5)本发明的复合骨水泥材料，可用于硬组织修复，应用前景广阔。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件如Sambrook等人，分子克隆：实验室手册(New York:Cold Spring Harbor Laboratory Press,1989)中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
实施例1
将1g PLGA纤维(聚乳酸-羟基乙酸共聚物)放入冷等离子处理设备处理室，O2气氛下调节真空度到20Pa。待真空度稳定后，调节功率到600W，调节放电处理时间120s。然后自动匹配器开始工作直至反射功率调整到最小，开始放电，待时间到后自动关闭辉光。真空室通入大气后开启，取出纤维。
称取60mg上述处理后的PLGA纤维(聚乳酸-羟基乙酸共聚物，等离子体处理条件为O2气氛，功率600W，时间120s)浸泡在0.2mg/mL的多巴胺溶液中(100mL)，放入37℃、100％湿度环境中24h，取出后烘干，剪成每段1mm长，然后进行扫描电镜测试，如图1所示，经过表面改性的纤维表面沉积大量矿化产物。
称取1g由磷酸氢钙、磷酸四钙和磷酸三钙组成的自固化磷酸钙骨水泥粉末，加入20mg处理后的纤维，调和均匀后加入0.3mL浓度为0.3％的透明质酸钠溶液，快速调制均匀，然后填入模具中，置于37℃、100％湿度环境中固化。固化时间为7min，脱模后烘干其抗压强度为32MPa。
实施例2
称取100mg等离子体处理后的PLGA纤维(处理方法与实施例1类似，等离子体处理条件为O2气氛，功率300W，时间10s)浸泡在100mL的0.2mg/mL的多巴胺溶液中，放入37℃、100％湿度环境中24h，取出后烘干，剪成2mm每段。
称取1g由磷酸氢钙、磷酸四钙和羟基磷灰石组成的自固化磷酸钙骨水泥粉末，加入5mg处理后纤维，调和均匀后加入0.3mL浓度为0.3％的透明质酸钠溶液，快速调制均匀，然后填入模具中，置于37℃、100％湿度环境中固化，复合骨水泥的固化时间为8min，脱模后烘干其抗压强度为36MPa。
实施例3
称取100mg等离子体处理后的聚羟基乙酸(PGA)纤维(处理方法与实施例1类似，等离子体处理条件为O2气氛，功300W，时间60s)浸泡在100mL的0.6mg/mL的多巴胺溶液中，放入37℃、100％湿度环境中24h，取出后烘干，剪成5mm每段。
称取1g由磷酸氢钙、磷酸四钙和羟基磷灰石组成的自固化磷酸钙骨水泥粉末，加入1mg处理后纤维(表面改性纤维)，调和均匀后加入1mL浓度为5％的苹果酸钠溶液，快速调制均匀，然后填入模具中，置于37℃、100％湿度环境中固化，复合骨水泥的固化时间为50min，脱模后烘干其抗压强度为33MPa。
实施例4
称取60mg等离子体处理后的PGA纤维(处理方法与实施例1类似，等离子体处理条件为O2气氛，功率300W，时间10s)，浸泡在100mL的0.2mg/mL的多巴胺溶液中，放入37℃、100％湿度环境中24h，取出后烘干，剪成2mm每段。
称取1g由磷酸氢钙、磷酸四钙和羟基磷灰石组成的自固化磷酸钙骨水泥粉末，分别加入5mg未处理的PGA纤维和处理后的PGA纤维，调和均匀后加入0.6mL浓度为0.4％的透明质酸钠溶液，快速调制均匀，然后填入模具中，置于37℃、100％湿度环境中固化。
加入未处理纤维的复合骨水泥的固化时间为26min，抗压强度为26.6MPa，加入处理后纤维的复合骨水泥的固化时间为25min，抗压强度为44MPa。
从复合骨水泥的扫描电镜图(图2)可以看出，未改性的纤维(未处理纤维)在复合骨水泥中分别不均匀(图2(A))，并且未处理纤维与基体的结合差(图2(B))；经表面改性后，处理后的纤维在骨水泥中的分布(图2(C))均匀，并且与磷酸钙基体的界面结合牢固(图2(D))。
图3中XRD测试结果表明，采用表面改性PGA纤维增强CPC(图示的PGA纤维改性CPC)与纯CPC相比，表面改性纤维的加入并不影响羟基磷灰石晶体的形成。
实施例5
称取200mg等离子体处理后的PGA纤维(处理方法与实施例1类似，等离子体处理条件为O2气氛，功率300W，时间10s)浸泡在100mL的0.2mg/mL的多巴胺溶液中，放入37℃、100％湿度环境中24h，取出后烘干，剪成2mm每段。
称取1g由磷酸氢钙、磷酸四钙和羟基磷灰石组成的自固化磷酸钙骨水泥粉末，加入10mg处理后纤维，调和均匀后加入0.3mL浓度为0.4％的透明质酸钠溶液，快速调制均匀后填入模具中，置于37℃、100％湿度环境中固化。复合骨水泥的固化时间为7min。
完全烘干后做压缩测试，由应力应变曲线(图4)可以看出，纯CPC的断裂为脆性断裂；加入未改性的PGA纤维后(未处理纤维改性CPC)变化不明显；而加入表面改性纤维后，由于表面改性纤维的应力分散作用，复合骨水泥(处理纤维改性CPC)的断裂属于韧性断裂，所以，表面改性纤维的加入能够明显增强无机骨水泥的韧性。
实施例6
称取200mg等离子体处理后的PGA纤维(处理方法与实施例1类似，等离子体处理条件为O2气氛，功率300W，时间10s)浸泡在100mL的0.2mg/mL的多巴胺溶液中，放入37℃、100％湿度环境中24h，取出后烘干，剪成2mm每段。
称取1gβ-磷酸三钙(β-TCP)，加入5mg处理后纤维，调和均匀后加入0.3mL浓度为0.4％的乳酸钠溶液，快速调制均匀，然后填入模具中，置于37℃、100％湿度环境中固化，复合骨水泥的固化时间为40min，抗压强度为31.5MPa。
实施例7
称取50mg等离子体处理后的PGA纤维(处理方法与实施例1类似，等离子体处理条件为O2气氛，功率300W，时间10s)浸泡在100mL的0.2mg/mL的多巴胺溶液中，放入37℃、100％湿度环境中24h，取出后烘干，剪成2mm左右每段。
称取1g无水硫酸钙，加入5mg处理后纤维，调和均匀后加入0.3mL浓度为0.4％的柠檬酸钠溶液，快速调制均匀，然后填入模具中，置于37℃、100％湿度环境中固化，复合骨水泥的凝结时间为32min，抗压强度为40MPa。
实施例8
称取50mg等离子体处理后的聚羟基丁酸酯(PHB)纤维(处理方法与实施例1类似，等离子体处理条件为O2气氛，功率300W，时间10s)浸泡在100mL的0.2mg/mL的多巴胺溶液中，放入37℃、100％湿度环境中24h，取出后烘干，剪成20mm左右每段。
称取1g由磷酸氢钙、磷酸四钙和硅酸钙组成的自固化磷酸钙骨水泥粉末，加入5mg处理后纤维，调和均匀后加入0.3mL磷酸盐缓冲溶液(PBS)，快速调制均匀，然后填入模具中，置于37℃、100％湿度环境中固化，复合骨水泥的固化时间为6min，抗压强度为30.5MPa。
实施例9
称取50mg等离子体处理后的聚己内酯(PCL)纤维(处理方法与实施例1类似，等离子体处理条件为O2气氛，功率300W，时间10s)浸泡在100mL的0.2mg/mL的多巴胺溶液中，放入37℃、100％湿度环境中24h，取出后烘干，剪成10mm每段。
称取1g由磷酸氢钙、磷酸四钙和磷酸镁组成的自固化磷酸钙骨水泥粉末，加入5mg处理后纤维，调和均匀后加入0.28mL磷酸盐缓冲溶液(PBS)，快速调制均匀，然后填入模具中，置于37℃、100％湿度环境中固化，复合骨水泥的固化时间为6min，抗压强度为35MPa。
实施例10
称取2g由磷酸氢钙、磷酸四钙和磷酸三钙组成的自固化磷酸钙骨水泥粉末，加入40mg经实施例1中方法处理后的纤维，调和均匀后加入0.3mL浓度为0.3％的透明质酸钠溶液，调匀后装入模具，置于37℃、100％湿度环境中固化，得到直径6mm，长5mm的复合骨水泥。
在无菌条件下，采用3％戊巴比妥钠静注麻醉，在兔右侧股骨髁部位用医用电钻于股骨纵轴和矢状轴垂直方向做6mm直径、5mm深的圆柱腔隙缺损。生理盐水冲洗后植入纤维增强复合骨水泥，缝合创口，连续3天注射青霉素，正常喂养。术后12周取出标本。在组织学切片中，可见骨小梁基本成熟，骨细胞排列紧密，新骨相互连接(图5)，表现出良好的骨修复能力。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (37)
1.一种用于制备复合骨水泥的表面改性高分子纤维，其特征在于，所述表面改性高分子纤维为依次经过表面等离子体处理和表面矿化处理的高分子纤维，
其中所述矿化处理是指采用多巴溶液处理高分子纤维的表面，使钙、磷离子在高分子纤维上沉积，从而进行表面矿化，并且所述多巴溶液是多巴的模拟体液溶液，其中多巴的浓度为0.1-2mg/mL；
并且所述多巴与所述高分子纤维的重量比范围为20:1-1:10，并且所述高分子纤维的长度为1-20mm。
2.如权利要求1所述的表面改性高分子纤维，其特征在于，所述高分子纤维是可降解的高分子纤维，选自：聚乳酸、聚乙醇酸、聚羟基脂肪酸酯、聚碳酸酯、聚己内酯、壳聚糖、海藻酸、细菌纤维素中的一种、两种以上的共混物或两种以上的共聚物。
3.如权利要求2所述的表面改性高分子纤维，其特征在于，所述高分子纤维选自：聚乳酸-羟基乙酸共聚物纤维、聚羟基乙酸纤维、聚羟基丁酸酯纤维、聚己内酯纤维。
4.如权利要求1所述的表面改性高分子纤维，其特征在于，所述等离子体处理的气氛为O2、Ar、N2中的一种或者几种的混合。
5.如权利要求4所述的表面改性高分子纤维，其特征在于，所述等离子体处理的气氛为O2气氛。
6.如权利要求1或4所述的表面改性高分子纤维，其特征在于，采用等离子体处理的功率为40W-1000W；和/或
采用等离子体处理的时间为1-600s。
7.如权利要求6所述的表面改性高分子纤维，其特征在于，采用等离子体处理的功率为300W-600W；和/或
采用等离子体处理的时间为10-120s。
8.如权利要求1所述的表面改性高分子纤维，其特征在于，所述多巴溶液中多巴的浓度为0.2-0.6mg/mL。
9.一种复合骨水泥固相组分，其特征在于，所述复合骨水泥固相组分包含90-99.9重量份无机骨水泥粉末和0.1-10重量份表面改性高分子纤维，其中，所述表面改性高分子纤维是权利要求1所述的表面改性高分子纤维。
10.如权利要求9所述的复合骨水泥固相组分，其特征在于，所述无机骨水泥粉末选自：磷酸三钙、磷酸四钙、磷酸八钙、磷酸氢钙、羟基磷灰石、氟磷灰石、焦磷酸钙、硫酸钙、硅酸钙、偏磷酸钙、磷酸镁、氧化镁。
11.如权利要求9所述的复合骨水泥固相组分，其特征在于，所述高分子纤维是可降解的高分子纤维，选自：聚乳酸、聚乙醇酸、聚羟基脂肪酸酯、聚碳酸酯、聚己内酯、壳聚糖、海藻酸、细菌纤维素中的一种、两种以上的共混物或两种以上的共聚物。
12.如权利要求11所述的复合骨水泥固相组分，其特征在于，所述高分子纤维选自：聚乳酸-羟基乙酸共聚物纤维、聚羟基乙酸纤维、聚羟基丁酸酯纤维、聚己内酯纤维。
13.如权利要求9所述的复合骨水泥固相组分，其特征在于，所述等离子体处理的气氛为O2、Ar、N2中的一种或者几种的混合。
14.如权利要求13所述的复合骨水泥固相组分，其特征在于，所述等离子体处理的气氛为O2气氛。
15.如权利要求9所述的复合骨水泥固相组分，其特征在于，采用等离子体处理的功率为40W-1000W；和/或
采用等离子体处理的时间为1-600s。
16.如权利要求15所述的复合骨水泥固相组分，其特征在于，采用等离子体处理的功率为300W-600W；和/或
采用等离子体处理的时间为10-120s。
17.如权利要求9所述的复合骨水泥固相组分，其特征在于，所述矿化处理是指采用多巴溶液处理高分子纤维的表面从而进行表面矿化。
18.一种复合骨水泥组合物，其特征在于，包含固相组分和固化液，所述固相组分为权利要求9-17任一项所述的复合骨水泥固相组分。
19.如权利要求18所述的复合骨水泥组合物，其特征在于，所述固化液为无机盐或有机盐的水溶液或生理盐水溶液，所述的无机盐选自：磷酸钠、碳酸氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠；所述有机盐选自：透明质酸钠、海藻酸钠、柠檬酸钠、苹果酸钠、乳酸钠、酒石酸。
20.如权利要求19所述的复合骨水泥组合物，其特征在于，所述固化液的质量浓度为(0.1-10)g/100mL。
21.如权利要求18所述的复合骨水泥组合物，其特征在于，所述固化液和固相组分的液固比为0.1-2mL/g。
22.一种复合骨水泥材料，其特征在于，由权利要求9-17任一项所述的复合骨水泥固相组分和固化液混合形成糊状物后凝结固化制成；或
由权利要求1所述的表面改性高分子纤维、无机骨水泥粉末和固化液混合形成糊状物后凝结固化制成。
23.如权利要求22所述的复合骨水泥材料，其特征在于，所述固化液为无机盐或有机盐的水溶液或生理盐水溶液，所述的无机盐选自：磷酸钠、碳酸氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠；所述有机盐选自：透明质酸钠、海藻酸钠、柠檬酸钠、苹果酸钠、乳酸钠、酒石酸。
24.如权利要求23所述的复合骨水泥材料，其特征在于，所述固化液的质量浓度为(0.1-10)g/100mL。
25.如权利要求22或24所述的复合骨水泥材料，其特征在于，所述固化液和固相组分的液固比为0.1-2mL/g。
26.如权利要求22所述的复合骨水泥材料，其特征在于，权利要求1所述的表面改性高分子纤维、无机骨水泥粉末和固化液的液固比为0.1-2mL/g。
27.如权利要求1所述的表面改性高分子纤维的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(a)提供高分子纤维；
(b)将所述高分子纤维的表面进行等离子体处理获得表面等离子体处理的高分子纤维；
(c)将所述步骤b)获得的表面等离子体处理的高分子纤维置于多巴溶液中进行表面矿化处理，得到权利要求1所述的表面改性高分子纤维。
28.如权利要求27所述的制备方法，其特征在于，所述高分子纤维是可降解的高分子纤维，选自：聚乳酸、聚乙醇酸、聚羟基脂肪酸酯、聚碳酸酯、聚己内酯、壳聚糖、海藻酸、细菌纤维素中的一种、两种以上的共混物或两种以上的共聚物。
29.如权利要求28所述的制备方法，其特征在于，所述高分子纤维选自：聚乳酸-羟基乙酸共聚物纤维、聚羟基乙酸纤维、聚羟基丁酸酯纤维、聚己内酯纤维。
30.如权利要求27所述的制备方法，其特征在于，所述等离子体处理的气氛为O2、Ar、N2中的一种或者几种的混合。
31.如权利要求30所述的制备方法，其特征在于，所述等离子体处理的气氛为O2气氛。
32.如权利要求27所述的制备方法，其特征在于，采用等离子体处理的功率为40W-1000W；和/或
采用等离子体处理的时间为1-600s。
33.如权利要求32所述的制备方法，其特征在于，采用等离子体处理的功率为300W-600W；和/或
采用等离子体处理的时间为10-120s。
34.如权利要求32所述的制备方法，其特征在于，所述矿化处理是指采用多巴溶液处理高分子纤维的表面从而进行表面矿化。
35.如权利要求34所述的制备方法，其特征在于，所述多巴溶液的浓度为0.1-2mg/mL。
36.如权利要求9所述的复合骨水泥固相组分的制备方法，其特征在于，所述方法包括将0.1-10重量份权利要求1所述的表面改性高分子纤维和90-99.9重量份无机骨水泥粉末进行混合得到所述复合骨水泥固相组分的步骤。
37.如权利要求1所述的表面改性高分子纤维、权利要求9所述的复合骨水泥固相组分、权利要求18所述的复合骨水泥组合物或权利要求22所述的复合骨水泥材料的用途，其特征在于，用于制备硬组织修复材料。
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