一種表面改性纖維增強(qiáng)復(fù)合骨水泥及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種表面改性纖維增強(qiáng)復(fù)合骨水泥及其制備方法和應(yīng)用，該復(fù)合骨水泥固相組分包含90-99.9重量份無機(jī)骨水泥和0.1-10重量份表面改性高分子纖維，其中，表面改性高分子纖維是指依次經(jīng)過表面等離子體處理和表面礦化處理的高分子纖維。本發(fā)明還提供表面改性高分子纖維、復(fù)合骨水泥材料及制備方法。本發(fā)明的表面改性高分子纖維，明顯提高骨水泥的抗壓強(qiáng)度和韌性等力學(xué)性能，復(fù)合骨水泥可任意塑形并且能夠在體液環(huán)境中快速固化，可用于骨損傷的填充材料，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的人體硬組織修復(fù)材料。
【專利說明】一種表面改性纖維增強(qiáng)復(fù)合骨水泥及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)用生物材料領(lǐng)域，具體涉及一種表面改性纖維增強(qiáng)復(fù)合骨水泥及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，自固化磷酸鈣骨水泥由于能在人體生理環(huán)境下發(fā)生固化反應(yīng)，固化產(chǎn)物與人體正常骨組織中的無機(jī)成分相近，因而在骨修復(fù)方面有廣泛的應(yīng)用前景。但是，單純的磷酸鈣骨水泥仍然存在一些問題，如力學(xué)性能較差、脆性大、強(qiáng)度偏低，主要用于非承重的骨缺損部位(陶艷，李東旭，李延報.可注射磷酸鈣骨水泥的研究進(jìn)展.材料導(dǎo)報A，2011，25
[2]:121-123)。
[0003]研究發(fā)現(xiàn)，通過向磷酸鈣骨水泥中引入可降解纖維可以改善骨水泥的降解性能，還可以增強(qiáng)、增韌骨水泥(連芩，李滌塵，王臻等.殼聚糖纖維/磷酸鈣骨水泥復(fù)合材料人工骨的降解性能.機(jī)械工程學(xué)報，2010，46 (5):110-115)。但是，由于高分子纖維的密度及表面狀態(tài)與無機(jī)磷酸鹽差別很大，因此在直接混合的情況下，大多數(shù)纖維與磷酸鈣骨水泥兩種成分的相容性不理想，往往導(dǎo)致界面粘結(jié)性差、分散不均勻的問題，難以起到增強(qiáng)效果。故對纖維進(jìn)行表面改性以提高兩相相容性顯得很有必要。
[0004]目前，纖維的表面改性方法有很多種，例如纖維表面化學(xué)接枝處理、化學(xué)氧化處理等。纖維表面化學(xué)接枝處理是用強(qiáng)氧化劑氧化，以在纖維表面形成接枝活性中心，再與帶有活性官能團(tuán)的單體發(fā)生接枝共聚反應(yīng)，從而在纖維表面引入親水性基團(tuán)。但是，強(qiáng)氧化劑的引入對環(huán)境污染較大，并且纖維中容易引入雜質(zhì)，不利于臨床應(yīng)用?；瘜W(xué)氧化處理分為氣相氧化法和液相氧化法，通過氧化性化學(xué)試劑對纖維表面進(jìn)行氧化處理，改變纖維表面的粗糙度和表面極性基團(tuán)的含量。Wu等(GM ffu, C H Hung, J H You, et al.SurfaceModification of Reinforcement Fibers for Composites.Journal of PolymerResearch, 2004，11:31-36)用甲基磺酸和濃硝酸對PBO和Kevlar纖維表面進(jìn)行了處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，用60%的甲基磺酸處理PBO纖維36小時后其表面自由能增大了 35% ;用60%硝酸對PBO纖維處理同樣的時間，表面自由能增大了 14%，雖提高纖維與樹脂間界面結(jié)合強(qiáng)度，但纖維力學(xué)強(qiáng)度下降也比較明顯。
[0005]因此，本領(lǐng)域亟待一種改性纖維增強(qiáng)復(fù)合骨水泥，纖維與骨水泥的界面結(jié)合強(qiáng)度高，且復(fù)合骨水泥強(qiáng)度高、韌性好，可塑性強(qiáng)，固化迅速，降解快，更好地滿足手術(shù)使用的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在通過對纖維表面改性來改善骨水泥的力學(xué)性能及可降解性，從而克服纖維改性無機(jī)骨水泥時通常出現(xiàn)的界面結(jié)合強(qiáng)度差、分散不均的瓶頸問題，解決骨水泥存在的韌性不足、降解性差等缺點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明的第一方面，提供一種表面改性高分子纖維，所述表面改性高分子纖維為依次經(jīng)過表面等離子體處理和表面礦化處理的高分子纖維。
[0008]在另一優(yōu)選例中，所述無機(jī)骨水泥粉末選自:磷酸三鈣、磷酸四鈣、磷酸八鈣、磷酸氫鈣、羥基磷灰石、氟磷灰石、焦磷酸鈣、硫酸鈣、硅酸鈣、偏磷酸鈣、磷酸鎂、氧化鎂；和/或
[0009]所述高分子纖維是可降解的高分子纖維，選自:聚乳酸、聚乙醇酸、聚羥基脂肪酸酯、聚碳酸酯、聚己內(nèi)酯、殼聚糖、海藻酸、細(xì)菌纖維素中的一種、兩種以上的共混物或兩種以上的共聚物。
[0010]在另一優(yōu)選例中，所述高分子纖維選自:聚乳酸-羥基乙酸共聚物纖維、聚羥基乙酸纖維、聚羥基丁酸酯纖維、聚己內(nèi)酯纖維。
[0011]在另一優(yōu)選例中，所述等離子體處理的氣氛為02、Ar、N2中的一種或者幾種的混合，其中優(yōu)選氣氛為O2氣氛；和/或
[0012]采用等離子體處理的功率為40w-1000w，其中優(yōu)選為300w_600w ;和/或
[0013]采用等離子體處理的時間為1-600S，其中優(yōu)選為10-120S。
[0014]在另一優(yōu)選例中，所述礦化處理是指采用多巴溶液處理高分子纖維的表面從而進(jìn)行表面礦化。
[0015]本發(fā)明的第二方面，提供一種復(fù)合骨水泥固相組分，所述復(fù)合骨水泥固相組分包含90-99.9重量份無機(jī)骨水泥粉末和0.1-10重量份表面改性高分子纖維，其中，所述表面改性高分子纖維是指依次經(jīng)過表面等離子體處理和表面礦化處理的高分子纖維。
[0016]在另一優(yōu)選例中，所述無機(jī)骨水泥粉末選自:磷酸三鈣、磷酸四鈣、磷酸八鈣、磷酸氫鈣、羥基磷灰石、氟磷灰石、焦磷酸鈣、硫酸鈣、硅酸鈣、偏磷酸鈣、磷酸鎂、氧化鎂；和/或
[0017]所述高分子纖維是可降解的高分子纖維，選自:聚乳酸、聚乙醇酸、聚羥基脂肪酸酯、聚碳酸酯、聚己內(nèi)酯、殼聚糖、海藻酸、細(xì)菌纖維素中的一種、兩種以上的共混物或兩種以上的共聚物。
[0018]在另一優(yōu)選例中，所述等離子體處理的氣氛為02、Ar、N2中的一種或者幾種的混合，其中優(yōu)選氣氛為O2氣氛；和/或
[0019]采用等離子體處理的功率為40w-1000w，其中優(yōu)選為300w_600w ;和/或
[0020]采用等離子體處理的時間為1-600S，其中優(yōu)選為10-120S。
[0021]在另一優(yōu)選例中，所述礦化處理是指采用多巴溶液處理高分子纖維的表面從而進(jìn)行表面礦化。
[0022]本發(fā)明的第三方面，提供一種復(fù)合骨水泥組合物，包含固相組分和固化液，所述固相組分為第二方面所述的復(fù)合骨水泥固相組分。
[0023]本發(fā)明的第四方面，提供一種復(fù)合骨水泥材料，由第二方面所述的復(fù)合骨水泥固相組分和固化液混合形成糊狀物后凝結(jié)固化制成；或
[0024]由第一方面所述的表面改性高分子纖維、無機(jī)骨水泥粉末和固化液混合形成糊狀物后凝結(jié)固化制成。
[0025]在另一優(yōu)選例中，先將表面改性高分子纖維與無機(jī)骨水泥粉末混合均勻，然后加入固化液溶液，攪拌均勻后植入體內(nèi)，或待其固化后植入體內(nèi)。
[0026]本發(fā)明的第五方面，提供第一方面所述的表面改性高分子纖維的制備方法，包括以下步驟:
[0027](a)提供高分子纖維；[0028](b)將所述高分子纖維的表面進(jìn)行等離子體處理獲得表面等離子體處理的高分子纖維；
[0029](c)將所述步驟b)獲得的表面等離子體處理的高分子纖維置于多巴溶液中進(jìn)行表面礦化處理，得到權(quán)利要求1所述的表面改性高分子纖維。
[0030]本發(fā)明的第六方面，提供一種高分子纖維表面改性方法，所述方法包括以下步驟:
[0031](a)提供高分子纖維；
[0032](b)將所述高分子纖維的表面進(jìn)行等離子體處理獲得表面等離子體處理的高分子纖維；
[0033](C)將所述步驟b)獲得的表面等離子體處理的高分子纖維置于多巴溶液中進(jìn)行表面礦化處理，對高分子纖維進(jìn)行表面改性。
[0034]本發(fā)明的第七方面，提供第二方面所述的復(fù)合骨水泥固相組分的制備方法，包括將0.1-10重量份權(quán)利要求1所述的表面改性高分子纖維和90-99.9重量份無機(jī)骨水泥粉末進(jìn)行混合得到所述復(fù)合骨水泥固相組分的步驟。
[0035]本發(fā)明的第八方面，提供第一方面所述的表面改性高分子纖維的用途，用于制備硬組織修復(fù)材料。
[0036]所述硬組織為骨組織。
[0037]所述硬組織修復(fù)材料是指骨缺損重建材料。
[0038]所述硬組織修復(fù)材料是指強(qiáng)化骨質(zhì)疏松的材料。
[0039]本發(fā)明的第八方面，提供第二方面所述的復(fù)合骨水泥固相組分的用途，用于制備硬組織修復(fù)材料。
[0040]所述硬組織為骨組織。
[0041]所述硬組織修復(fù)材料是指骨缺損重建材料。
[0042]所述硬組織修復(fù)材料是指強(qiáng)化骨質(zhì)疏松的材料。
[0043]本發(fā)明的第九方面，提供第三方面所述的復(fù)合骨水泥組合物的用途，用于制備硬組織修復(fù)材料。
[0044]所述硬組織為骨組織。
[0045]所述硬組織修復(fù)材料是指骨缺損重建材料。
[0046]所述硬組織修復(fù)材料是指強(qiáng)化骨質(zhì)疏松的材料。
[0047]本發(fā)明的第十方面，提供第四方面所述的復(fù)合骨水泥材料的用途，用于制備硬組織修復(fù)材料。
[0048]所述硬組織為骨組織。
[0049]所述硬組織修復(fù)材料是指骨缺損重建材料。
[0050]所述硬組織修復(fù)材料是指強(qiáng)化骨質(zhì)疏松的材料。
[0051]由于高分子纖維表面疏水，與無機(jī)骨水泥界面粘結(jié)性差且不利于均勻分散。本發(fā)明通過等離子體方法對高分子纖維表面處理，增加高分子纖維的表面粗糙度，改善其親水性。
[0052]本發(fā)明通過改變高分子纖維的表面狀態(tài)，使高分子纖維與無機(jī)骨水泥的界面結(jié)合強(qiáng)度提高，使復(fù)合骨水泥具有良好的韌性和較高的抗壓強(qiáng)度，可塑性強(qiáng)，具有快速固化性能以及良好的生物相容性和生物降解性，解決了傳統(tǒng)骨水泥脆性大、抗壓強(qiáng)度低、難降解的缺陷。該材料可用于顱骨修復(fù)，也可用于各種原因引起的骨缺損的填充材料，以及脊柱骨質(zhì)疏松椎體強(qiáng)化的微創(chuàng)治療，具有巨大的臨床應(yīng)用潛力。
[0053]應(yīng)理解，在本發(fā)明范圍內(nèi)中，本發(fā)明的上述各技術(shù)特征和在下文(如實(shí)施例)中具體描述的各技術(shù)特征之間都可以互相組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方案。限于篇幅，在
此不再一一累述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0054]圖1為經(jīng)過表面改性的聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)纖維掃描電鏡照片。
[0055]圖2為掃描電鏡照片，其中㈧和⑶示出未改性纖維/自固化磷酸鈣的復(fù)合骨水泥斷面，(C)和(D)示出改性纖維/自固化磷酸鈣的復(fù)合骨水泥斷面。
[0056]圖3為改性纖維/自固化磷酸鈣的復(fù)合骨水泥(PGA纖維改性CPC)和自固化磷酸鈣骨水泥(純CPC)的廣角X射線衍射圖。
[0057]圖4為未改性纖維/自固化磷酸鈣復(fù)合骨水泥(未處理纖維改性CPC)、改性纖維/自固化磷酸鈣復(fù)合骨水泥(處理纖維改性CPC)和自固化磷酸鈣骨水泥(純CPC)的應(yīng)力應(yīng)變曲線。
[0058]圖5為改性纖維/自固化磷酸鈣復(fù)合骨水泥植入兔股骨缺損后12周的組織切片照片。
【具體實(shí)施方式】
[0059]本申請的發(fā)明人經(jīng)過廣泛而深入地研究，首次意外發(fā)現(xiàn)采用等離子體處理和礦化處理結(jié)合的方式對高分子纖維的表面進(jìn)行改性處理后，改性高分子纖維與無機(jī)骨水泥的界面結(jié)合強(qiáng)度提高，使復(fù)合骨水泥具有良好的韌性和較高的抗壓強(qiáng)度，可塑性強(qiáng)，具有快速固化性能以及良好的生物相容性和生物降解性。在此基礎(chǔ)上，完成了本發(fā)明。
[0060]無機(jī)骨水泥
[0061]無機(jī)骨水泥是一種新型的骨修復(fù)、骨填充或骨替代材料，可由磷酸鈣等含鈣粉末，經(jīng)固化液調(diào)和后凝結(jié)固化得到。
[0062]本發(fā)明中使用的無機(jī)骨水泥粉末沒有特別的限制，可以使本領(lǐng)域常規(guī)的用于骨組織修復(fù)的各種磷酸鈣鹽或復(fù)合磷酸鈣鹽，優(yōu)選為磷酸三鈣、磷酸四鈣、磷酸八鈣、磷酸氫鈣、羥基磷灰石、氟磷灰石、焦磷酸鈣、硫酸鈣、硅酸鈣、偏磷酸鈣、磷酸鎂、氧化鎂中的一種或它們的混合物。
[0063]所述無機(jī)骨水泥粉末粒徑為10-20 μ m。
[0064]表面改性高分子纖維
[0065]本發(fā)明的表面改性高分子纖維，為依次經(jīng)過表面等離子體處理和表面礦化處理的高分子纖維。
[0066]所述高分子纖維是具有良好的生物相容性和生物降解性的高分子纖維，選自:聚乳酸、聚乙醇酸、聚羥基脂肪酸酯、聚碳酸酯、聚己內(nèi)酯、殼聚糖、海藻酸、細(xì)菌纖維素中的一種、兩種以上的共混物或兩種以上的共聚物。
[0067]所述高分子纖維的長度為1-20_。[0068]所述高分子纖維的直徑10-30 μ m。
[0069]本發(fā)明的表面改性高分子纖維的制備方法，包括以下步驟:
[0070](a)提供高分子纖維；
[0071](b)將所述高分子纖維的表面進(jìn)行等離子體處理獲得表面等離子體處理的高分子纖維；
[0072](C)將所述步驟b)獲得的表面等離子體處理的高分子纖維置于多巴溶液中進(jìn)行表面礦化處理，得到所述的表面改性高分子纖維。
[0073]本發(fā)明中優(yōu)選采用低溫等離子體處理儀進(jìn)行等離子體處理。
[0074]所述等離子體處理的氣氛為02、Ar、N2中的一種或者幾種的混合，其中優(yōu)選氣氛為
O2氣氛。
[0075]采用等離子體處理的功率為40w_1000w,其中優(yōu)選為300w_600w。
[0076]采用等離子體處理的時間為1-600S，其中優(yōu)選為10-120S。
[0077]礦化處理是指采用多巴溶液處理高分子纖維的表面從而進(jìn)行表面礦化，其中，高分子纖維的表面事先經(jīng)等離子體處理。
[0078]多巴沒有特別的限制，可以為多巴或者多巴類的衍生物，如多巴胺、鹽酸多巴胺等。所述多巴溶液為多巴的模擬體液溶液，濃度為0.l_2mg/mL，其中優(yōu)選為0.2-0.6mg/mL。本發(fā)明中，模擬體液可以采用本領(lǐng)域常規(guī)使用的各種模擬體液，如文獻(xiàn)“納米TiO2絲素蛋白多孔膜的體外降解性能”(蠶業(yè)科學(xué)，2009，35 (2):422-426)中所公開的配方。多巴與高分子纖維的重量比范圍為20:1-1:10。
[0079]在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式中，利用冷等離子體改性處理儀，以02/Ar作為處理氣氛，在100-1000W的功率條件下處理高分子纖維1-600S，然后將處理后的纖維浸泡在濃度為0.l_2mg/mL多巴胺溶液中，放入37°C恒溫恒濕箱24h，然后取出纖維放入60°C烘箱干燥，最后將纖維剪成l_20mm的長度。
[0080]等離子體處理只發(fā)生在纖維表面幾十個埃米厚度內(nèi)，基本上不會影響纖維本身的優(yōu)良性能。而且作為一種干式處理工藝，可省去濕法工藝中的烘干、廢水處理工序，節(jié)約能源，對環(huán)境污染小。等離子體方法可以有效對纖維表面進(jìn)行改性，改變其親疏水性和表面粗糙度。另外，在堿性和氧氣的作用下，多巴胺在高分子纖維表面形成一層具有粘性聚多巴胺涂層，使高分子纖維浸泡在模擬體液溶液中后，鈣、磷離子容易在高分子纖維上沉積，起到預(yù)礦化效果，可減少纖維之間互相纏繞現(xiàn)象，有利于均勻分布。另一方面，選用的高分子纖維有很好的降解性，與無機(jī)骨水泥混合后，高分子纖維首先在體內(nèi)發(fā)生原位降解，使材料產(chǎn)生孔洞，加速了整個骨水泥修復(fù)體的降解。
[0081]復(fù)合骨水泥組合物
[0082]本發(fā)明的復(fù)合骨水泥組合物，其固相組分包含90-99.9重量份無機(jī)骨水泥粉末和
0.1-10重量份表面改性高分子纖維，其中，所述表面改性高分子纖維是指依次經(jīng)過表面等離子體處理和表面礦化處理的高分子纖維。
[0083]所述復(fù)合骨水泥固相組分由90-99.9重量份無機(jī)骨水泥粉末和0.1-10重量份表面改性高分子纖維組成。
[0084]所述復(fù)合骨水泥固相組分包含95-99.2重量份無機(jī)骨水泥粉末和0.8-5重量份表面改性高分子纖維。[0085]所述復(fù)合骨水泥固相組分由95-99.2重量份無機(jī)骨水泥粉末和0.8-5重量份表面改性高分子纖維組成。
[0086]復(fù)合骨水泥組合物的液相組分為固化液，為無機(jī)或有機(jī)鹽的水溶液或生理鹽水溶液，所述的無機(jī)鹽選自:磷酸鈉、碳酸氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉；所述有機(jī)鹽選自:透明質(zhì)酸鈉、海藻酸鈉、檸檬酸鈉、蘋果酸鈉、乳酸鈉、酒石酸。
[0087]所述固化液的質(zhì)量濃度(g/ml)為0.1_10%，其中優(yōu)選范圍為0.3_5%。
[0088]固化液和固相組分的液固比為0.l_2mL/g，其中優(yōu)選范圍為0.28_lmL/g。固相組分為復(fù)合骨水泥固相組分，或?yàn)楸砻娓男愿叻肿永w維及無機(jī)骨水泥粉末的組合。
[0089]復(fù)合骨水泥材料
[0090]本發(fā)明的復(fù)合骨水泥材料，由復(fù)合骨水泥固相組分和固化液混合形成糊狀物后凝結(jié)固化制成；或
[0091]由表面改性高分子纖維、無機(jī)骨水泥粉末和固化液混合形成糊狀物后凝結(jié)固化制成。
[0092]固化液和固相組分的液固比為0.l_2mL/g，其中優(yōu)選范圍為0.28_lmL/g。
[0093]固相組分為復(fù)合骨水泥固相組分，或?yàn)楸砻娓男愿叻肿永w維及無機(jī)骨水泥粉末的組合。
[0094]固化液為無機(jī)或有機(jī)鹽的水溶液或生理鹽水溶液，所述的無機(jī)鹽選自:磷酸鈉、碳酸氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉；所述有機(jī)鹽選自:透明質(zhì)酸鈉、海藻酸鈉、檸檬酸鈉、蘋果酸鈉、乳酸鈉、酒石酸。
[0095]所述固化液的質(zhì)量濃度(g/ml)為0.1_10%，其中優(yōu)選范圍為0.3_5%。
[0096]固化液和固相組分的液固比為0.l_2mL/g，其中優(yōu)選范圍為0.28_lmL/g。
[0097]所述糊狀物的固化時間為1-48小時，其中優(yōu)選固化時間為1-20小時。
[0098]所述糊狀物在37 ±0.5°C、98-100%濕度下凝結(jié)固化。
[0099]本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式中，復(fù)合骨水泥材料的制備方法包括以下步驟:
[0100]I)將高分子纖維經(jīng)等離子體處理后，采用多巴胺溶液對其表面進(jìn)行預(yù)礦化處理從而對高分子纖維進(jìn)行改性；
[0101]2)將改性高分子纖維與無機(jī)骨水泥粉末混合均勻得到固相組分，質(zhì)量比為95-99.2 (無機(jī)骨水泥粉末):0.8-5 (改性高分子纖維)。
[0102]3)在固相組分中加入固化液，固化液和固相組分的液固比為0.28-lmL/g，攪拌均勻，混合成糊狀物；
[0103]4)將糊狀物裝入模具，放入37±0.5°C，恒溫恒濕箱固化得到復(fù)合骨水泥材料。
[0104]本發(fā)明提到的上述特征，或?qū)嵤├岬降奶卣骺梢匀我饨M合。本案說明書所揭示的所有特征可與任何組合物形式并用，說明書中所揭示的各個特征，可以被任何提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代。因此除有特別說明，所揭示的特征僅為均等或相似特征的一般性例子。
[0105]本發(fā)明的有益之處在于:
[0106](I)本發(fā)明的表面改性高分子纖維，能夠分散均勻在無機(jī)骨水泥中，有效提高高分子纖維與無機(jī)骨水泥的界面結(jié)合強(qiáng)度；
[0107](2)本發(fā)明的復(fù)合骨水泥材料，具有良好的韌性和較高的抗壓強(qiáng)度，力學(xué)性能優(yōu)良;
[0108](3)本發(fā)明的表面改性高分子纖維具有良好的生物降解性，在體內(nèi)發(fā)生原位降解，使復(fù)合骨水泥材料產(chǎn)生孔洞，加速復(fù)合骨水泥材料的降解。
[0109](4)本發(fā)明的復(fù)合骨水泥材料，可塑性強(qiáng)，可快速固化，且具有良好的生物相容性；
[0110](5)本發(fā)明的復(fù)合骨水泥材料，可用于硬組織修復(fù)，應(yīng)用前景廣闊。
[0111]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件如 Sambrook 等人，分子克隆:實(shí)驗(yàn)室手冊(New York:Cold Spring Harbor LaboratoryPress, 1989)中所述的條件，或按照制造廠商所建議的條件。除非另外說明，否則百分比和份數(shù)按重量計算。
[0112]除非另行定義，文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語與本領(lǐng)域熟練人員所熟悉的意義相同。此外，任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料皆可應(yīng)用于本發(fā)明方法中。文中所述的較佳實(shí)施方法與材料僅作示范之用。
[0113]實(shí)施例1
[0114]將Ig PLGA纖維(聚乳酸-羥基乙酸共聚物)放入冷等離子處理設(shè)備處理室，O2氣氛下調(diào)節(jié)真空度到20Pa。待真空度穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)功率到600w，調(diào)節(jié)放電處理時間120s。然后自動匹配器開始工作直至反射功率調(diào)整到最小，開始放電，待時間到后自動關(guān)閉輝光。真空室通入大氣后開啟，取出纖維。
[0115]稱取60mg上述處理后的PLGA纖維(聚乳酸-羥基乙酸共聚物，等離子體處理條件為O2氣氛，功率600w，時間120s)浸泡在0.2mg/mL的多巴胺溶液中(lOOmL)，放入37°C、100%濕度環(huán)境中24h，取出后烘干，剪成每段Imm長，然后進(jìn)行掃描電鏡測試，如圖1所示，經(jīng)過表面改性的纖維表面沉積大量礦化產(chǎn)物。
[0116]稱取Ig由磷酸氫鈣、磷酸四鈣和磷酸三鈣組成的自固化磷酸鈣骨水泥粉末，加入20mg處理后的纖維，調(diào)和均勻后加入0.3mL濃度為0.3%的透明質(zhì)酸鈉溶液，快速調(diào)制均勻，然后填入模具中，置于37°C、100%濕度環(huán)境中固化。固化時間為7min，脫模后烘干其抗壓強(qiáng)度為32MPa。
[0117]實(shí)施例2
[0118]稱取IOOmg等離子體處理后的PLGA纖維(處理方法與實(shí)施例1類似，等離子體處理條件為O2氣氛，功率300w，時間10s)浸泡在IOOmL的0.2mg/mL的多巴胺溶液中，放入37 °C、100%濕度環(huán)境中24h，取出后烘干，剪成2mm每段。
[0119]稱取Ig由磷酸氫鈣、磷酸四鈣和羥基磷灰石組成的自固化磷酸鈣骨水泥粉末，力口入5mg處理后纖維，調(diào)和均勻后加入0.3mL濃度為0.3%的透明質(zhì)酸鈉溶液，快速調(diào)制均勻，然后填入模具中，置于37°C、100%濕度環(huán)境中固化，復(fù)合骨水泥的固化時間為8min，脫模后烘干其抗壓強(qiáng)度為36MPa。
[0120]實(shí)施例3
[0121]稱取IOOmg等離子體處理后的聚羥基乙酸(PGA)纖維(處理方法與實(shí)施例1類似，等離子體處理條件為O2氣氛，功300w，時間60s)浸泡在IOOmL的0.6mg/mL的多巴胺溶液中，放入37 °C、100%濕度環(huán)境中24h，取出后烘干，剪成5mm每段。[0122]稱取Ig由磷酸氫鈣、磷酸四鈣和羥基磷灰石組成的自固化磷酸鈣骨水泥粉末，加入Img處理后纖維(表面改性纖維)，調(diào)和均勻后加入ImL濃度為5%的蘋果酸鈉溶液，快速調(diào)制均勻，然后填入模具中，置于37°C、100%濕度環(huán)境中固化，復(fù)合骨水泥的固化時間為50min，脫模后烘干其抗壓強(qiáng)度為33MPa。
[0123]實(shí)施例4
[0124]稱取60mg等離子體處理后的PGA纖維(處理方法與實(shí)施例1類似，等離子體處理條件為O2氣氛，功率300w，時間10s)，浸泡在IOOmL的0.2mg/mL的多巴胺溶液中，放入37 °C、100%濕度環(huán)境中24h，取出后烘干，剪成2mm每段。
[0125]稱取Ig由磷酸氫鈣、磷酸四鈣和羥基磷灰石組成的自固化磷酸鈣骨水泥粉末，分別加入5mg未處理的PGA纖維和處理后的PGA纖維，調(diào)和均勻后加入0.6mL濃度為0.4%的透明質(zhì)酸鈉溶液，快速調(diào)制均勻，然后填入模具中，置于37°C、100%濕度環(huán)境中固化。
[0126]加入未處理纖維的復(fù)合骨水泥的固化時間為26min，抗壓強(qiáng)度為26.6MPa，加入處理后纖維的復(fù)合骨水泥的固化時間為25min，抗壓強(qiáng)度為44MPa。
[0127]從復(fù)合骨水泥的掃描電鏡圖(圖2)可以看出，未改性的纖維(未處理纖維)在復(fù)合骨水泥中分別不均勻(圖2(A))，并且未處理纖維與基體的結(jié)合差(圖2(B));經(jīng)表面改性后，處理后的纖維在骨水泥中的分布(圖2(C))均勻，并且與磷酸鈣基體的界面結(jié)合牢固(圖2 0)))。
[0128]圖3中XRD測試結(jié)果表明，采用表面改性PGA纖維增強(qiáng)CPC (圖示的PGA纖維改性CPC)與純CPC相比，表面改性纖維的加入并不影響羥基磷灰石晶體的形成。
[0129]實(shí)施例5
[0130]稱取200mg等離子體處理后的PGA纖維(處理方法與實(shí)施例1類似，等離子體處理條件為O2氣氛，功率300w，時間IOs)浸泡在IOOmL的0.2mg/mL的多巴胺溶液中，放入37°C、100%濕度環(huán)境中24h，取出后烘干，剪成2mm每段。
[0131]稱取Ig由磷酸氫鈣、磷酸四鈣和羥基磷灰石組成的自固化磷酸鈣骨水泥粉末，力口入IOmg處理后纖維，調(diào)和均勻后加入0.3mL濃度為0.4%的透明質(zhì)酸鈉溶液，快速調(diào)制均勻后填入模具中，置于37°C、100%濕度環(huán)境中固化。復(fù)合骨水泥的固化時間為7min。
[0132]完全烘干后做壓縮測試，由應(yīng)力應(yīng)變曲線(圖4)可以看出，純CPC的斷裂為脆性斷裂；加入未改性的PGA纖維后(未處理纖維改性CPC)變化不明顯；而加入表面改性纖維后，由于表面改性纖維的應(yīng)力分散作用，復(fù)合骨水泥(處理纖維改性CPC)的斷裂屬于韌性斷裂，所以，表面改性纖維的加入能夠明顯增強(qiáng)無機(jī)骨水泥的韌性。
[0133]實(shí)施例6
[0134]稱取200mg等離子體處理后的PGA纖維(處理方法與實(shí)施例1類似，等離子體處理條件為O2氣氛，功率300w，時間IOs)浸泡在IOOmL的0.2mg/mL的多巴胺溶液中，放入37°C、100%濕度環(huán)境中24h，取出后烘干，剪成2mm每段。
[0135]稱取IgP -磷酸三鈣(β -TCP)，加入5mg處理后纖維，調(diào)和均勻后加入0.3mL濃度為0.4%的乳酸鈉溶液，快速調(diào)制均勻，然后填入模具中，置于37°C、100%濕度環(huán)境中固化，復(fù)合骨水泥的固化時間為40min，抗壓強(qiáng)度為31.5MPa。
[0136]實(shí)施例7
[0137]稱取50mg等離子體處理后的PGA纖維(處理方法與實(shí)施例1類似，等離子體處理條件為O2氣氛，功率300W，時間IOs)浸泡在IOOmL的0.2mg/mL的多巴胺溶液中，放入37°C、100%濕度環(huán)境中24h，取出后烘干，剪成2mm左右每段。
[0138]稱取Ig無水硫酸鈣，加入5mg處理后纖維，調(diào)和均勻后加入0.3mL濃度為0.4%的檸檬酸鈉溶液，快速調(diào)制均勻，然后填入模具中，置于37°C、100%濕度環(huán)境中固化，復(fù)合骨水泥的凝結(jié)時間為32min，抗壓強(qiáng)度為40MPa。
[0139]實(shí)施例8
[0140]稱取50mg等離子體處理后的聚羥基丁酸酯(PHB)纖維(處理方法與實(shí)施例1類似，等離子體處理條件為O2氣氛，功率300w，時間IOs)浸泡在IOOmL的0.2mg/mL的多巴胺溶液中，放入37°C、100%濕度環(huán)境中24h，取出后烘干，剪成20mm左右每段。
[0141]稱取Ig由磷酸氫鈣、磷酸四鈣和硅酸鈣組成的自固化磷酸鈣骨水泥粉末，加入5mg處理后纖維，調(diào)和均勻后加入0.3mL磷酸鹽緩沖溶液(PBS)，快速調(diào)制均勻，然后填入模具中，置于37°C、100%濕度環(huán)境中固化,復(fù)合骨水泥的固化時間為6min,抗壓強(qiáng)度為30.5MPa。
[0142]實(shí)施例9
[0143]稱取50mg等離子體處理后的聚己內(nèi)酯(PCL)纖維(處理方法與實(shí)施例1類似，等離子體處理條件為O2氣氛，功率300w，時間IOs)浸泡在IOOmL的0.2mg/mL的多巴胺溶液中，放入37°C、100%濕度環(huán)境中24h，取出后烘干，剪成IOmm每段。
[0144]稱取Ig由磷酸氫鈣、磷酸四鈣和磷酸鎂組成的自固化磷酸鈣骨水泥粉末，加入5mg處理后纖維，調(diào)和均勻后加入0.28mL磷酸鹽緩沖溶液(PBS)，快速調(diào)制均勻，然后填入模具中，置于37°C、100%濕度環(huán)境中固化，復(fù)合骨水泥的固化時間為6min,抗壓強(qiáng)度為35MPa0
[0145]實(shí)施例10
[0146]稱取2g由磷酸氫鈣、磷酸四鈣和磷酸三鈣組成的自固化磷酸鈣骨水泥粉末，加入40mg經(jīng)實(shí)施例1中方法處理后的纖維，調(diào)和均勻后加入0.3mL濃度為0.3%的透明質(zhì)酸鈉溶液，調(diào)勻后裝入模具，置于37°C、100%濕度環(huán)境中固化，得到直徑6mm，長5mm的復(fù)合骨水泥。
[0147]在無菌條件下，采用3%戊巴比妥鈉靜注麻醉，在兔右側(cè)股骨髁部位用醫(yī)用電鉆于股骨縱軸和矢狀軸垂直方向做6mm直徑、5mm深的圓柱腔隙缺損。生理鹽水沖洗后植入纖維增強(qiáng)復(fù)合骨水泥，縫合創(chuàng)口，連續(xù)3天注射青霉素，正常喂養(yǎng)。術(shù)后12周取出標(biāo)本。在組織學(xué)切片中，可見骨小梁基本成熟，骨細(xì)胞排列緊密，新骨相互連接(圖5)，表現(xiàn)出良好的骨修復(fù)能力。
[0148]在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種表面改性高分子纖維，其特征在于，所述表面改性高分子纖維為依次經(jīng)過表面等離子體處理和表面礦化處理的高分子纖維。
2.一種復(fù)合骨水泥固相組分，其特征在于，所述復(fù)合骨水泥固相組分包含90-99.9重量份無機(jī)骨水泥粉末和0.1-10重量份表面改性高分子纖維，其中，所述表面改性高分子纖維是指依次經(jīng)過表面等離子體處理和表面礦化處理的高分子纖維。
3.如權(quán)利要求1所述的表面改性高分子纖維或權(quán)利要求2所述的復(fù)合骨水泥固相組分，其特征在于，所述無機(jī)骨水泥粉末選自:磷酸三鈣、磷酸四鈣、磷酸八鈣、磷酸氫鈣、羥基磷灰石、氟磷灰石、焦磷酸鈣、硫酸鈣、硅酸鈣、偏磷酸鈣、磷酸鎂、氧化鎂；和/或 所述高分子纖維是可降解的高分子纖維，選自:聚乳酸、聚乙醇酸、聚羥基脂肪酸酯、聚碳酸酯、聚己內(nèi)酯、殼聚糖、海藻酸、細(xì)菌纖維素中的一種、兩種以上的共混物或兩種以上的共聚物。
4.如權(quán)利要求1所述的表面改性高分子纖維或權(quán)利要求2所述的復(fù)合骨水泥固相組分，其特征在于，所述等離子體處理的氣氛為02、Ar、N2中的一種或者幾種的混合，其中優(yōu)選氣氛為O2氣氛；和/或 采用等離子體處理的功率為40w-1000w，其中優(yōu)選為300w-600w ;和/或 采用等離子體處理的時間為l-600s，其中優(yōu)選為10-120S。
5.如權(quán)利要求1所述的表面改性高分子纖維或權(quán)利要求2所述的復(fù)合骨水泥固相組分，其特征在于，所述礦化處理是指采用多巴溶液處理高分子纖維的表面從而進(jìn)行表面礦化。
6.一種復(fù)合骨水泥組合物，其特征在于，包含固相組分和固化液，所述固相組分為權(quán)利要求2-5所述的復(fù)合骨水泥固相組分。
7.一種復(fù)合骨水泥材料，其特征在于，由權(quán)利要求2-5所述的復(fù)合骨水泥固相組分和固化液混合形成糊狀物后凝結(jié)固化制成；或 由權(quán)利要求1所述的表面改性高分子纖維、無機(jī)骨水泥粉末和固化液混合形成糊狀物后凝結(jié)固化制成。
8.如權(quán)利要求1所述的表面改性高分子纖維的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (a)提供聞分子纖維； (b)將所述高分子纖維的表面進(jìn)行等離子體處理獲得表面等離子體處理的高分子纖維； (c)將所述步驟b)獲得的表面等離子體處理的高分子纖維置于多巴溶液中進(jìn)行表面礦化處理，得到權(quán)利要求1所述的表面改性高分子纖維。
9.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合骨水泥固相組分的制備方法，其特征在于，所述方法包括將0.1-10重量份權(quán)利要求1所述的表面改性高分子纖維和90-99.9重量份無機(jī)骨水泥粉末進(jìn)行混合得到所述復(fù)合骨水泥固相組分的步驟。
10.如權(quán)利要求1所述的表面改性高分子纖維、權(quán)利要求2所述的復(fù)合骨水泥固相組分、權(quán)利要求6所述的復(fù)合骨水泥組合物或權(quán)利要求7所述的復(fù)合骨水泥材料的用途，其特征在于，用于制備硬組織修復(fù)材料。
【文檔編號】D06M10/06GK103668940SQ201310700193
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】劉昌勝, 尹曼莉, 王靖 申請人:華東理工大學(xué)