离子束诱导碳纳米管功能化对其生物相容性影响的研究

论文摘要

本文采用离子束辅助沉积（Ion-Beam-Assisted Deposition）技术尝试在化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition）方法制备的多壁碳纳米管（Multi-Walled Carbon Nanotubes）材料表面沉积纳米碳氮（CNx）薄膜,以及进行低能氮离子束轰击,达到改善多壁碳纳米管材料强疏水性,进而改善其细胞、血液相容性的目的。并研究了这两种表面功能化的多壁碳纳米管材料的结构特征、生物相容性与制备工艺参数之间的规律。X射线光电子能谱（XPS）指出三种沉积CNx薄膜的多壁碳纳米管中氮和碳含量的原子百分比分别为0.12、0.21和0.27；三种低能氮离子束轰击的多壁碳纳米管氮含量分别为7.81%、8.16%和9.28%。接触角结果显示,两类功能化的碳纳米管材料水接触角均小于65°,达到了改善多壁碳纳米管的强疏水性（接触角128.890）的目的。细胞相容性实验选择L929小鼠肿部成纤维细胞和EAHY926人内皮细胞对功能化修饰的碳纳米管进行细胞粘附、生长测试,并配合扫描电镜（sEM）观察细胞在材料表面的粘附形态。实验结果表明：在多壁碳纳米管表面沉积碳氮薄膜和进行低能氮离子束轰击均能明显提高材料的细胞相容性,并且随着N／C以及N元素含量的增高,材料的细胞相容性更优秀。细胞在沉积CNo27薄膜和含氮9.28%的碳纳米管材料表面增值、生长最旺盛,最高细胞浓度达到普通纳米管最高细胞浓度的2-6倍,细胞形态伸展,伪足长且粗壮,显示出良好的生命活性和增箔状态。尤其是低能氮离子束轰击的多壁碳纳米管,因兼具碳纳米管大的空间结构以及富含N元素的性质,在提高碳纳米管细胞相容性方面作用尤为突出。本文还尝试对两类表面功能化修饰的碳纳米管材料进行了血小板粘附、溶血、动态凝血实验,使用扫描电镜观察、对比了血小板、红细胞在功能化前后的碳纳米管材料表面的聚集情况和细胞形态。血液相容性研究显示：沉积碳氮薄膜的多壁碳纳米管血小板粘附率低（15.63-21.88%）、在材料表面团聚少,溶血率较低（0.70-3.12%）,凝血时间长（27-50min）,显示出良好的血液相容性。低能氮离子束轰击的多壁碳纳米管同样具有良好的抗凝血性能（50.92-64.60%）和优秀的溶血性能（0%）,但不能有效延长碳纳米管材料的凝血时间,该方法在提高多壁碳纳米管材料血液相容性方面效果略逊于表面沉积碳氮膜的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言：纳米生物医学材料在生物医学领域的研究背景和进展
• 1.2 功能化碳纳米管材料概述
• 1.2.1 碳纳米管简介
• 1.2.2 碳纳米管表面改性的基本原理
• 1.2.3 碳纳米管表面改性的主要方法
• 1.3 本文的研究内容和意义
• 第二章 功能化碳纳米管材料的制备及结构分析
• 2.1 表面功能化的碳纳米管材料的制备
• 2.2 功能化碳纳米管表面性能分析
• 2.2.1 扫描电子显微镜（SEM）分析
• 2.2.2 透射电子显微镜（TEM）分析
• 2.3 X射线光电子能谱（XPS）分析
• 2.4 显微拉曼光谱（micro-Raman）分析
• 2.5 接触角分析
• 第三章 表面功能化的多壁碳纳米管细胞相容性实验原理、方法及结果分析
• 3.1 实验试剂及仪器
• 3.2 L929小鼠成纤维细胞实验
• 3.2.1 溶液的配置
• 3.2.2 实验步骤
• 3.2.3 实验结果分析
• 3.3 Eahy926人内皮细胞实验
• 3.3.1 溶液的配置
• 3.3.2 实验步骤
• 3.3.3 实验结果分析
• 第四章 表面功能化的多壁碳纳米管血液相容性实验原理、方法及结果分析
• 4.1 实验试剂及仪器
• 4.2 血小板粘附实验
• 4.2.1 材料制备
• 4.2.2 实验步骤
• 4.2.3 实验结果分析
• 4.3 溶血实验
• 4.3.1 材料制备
• 4.3.2 实验步骤
• 4.3.3 实验结果分析
• 4.4 凝血实验
• 4.4.1 材料制备
• 4.4.2 实验步骤
• 4.4.3 实验结果分析
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 硕士在读期间发表的论文
• 致谢