[发明专利]一种表面改性纤维增强复合骨水泥及其制备方法和应用

说明书

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（GM Wu，C H Hung,J H You,et al.Surface Modification of Reinforcement Fibers for Composites.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