碳纳米管的化学修饰及对甲磺酸帕珠沙星的缓释研究

论文摘要

碳纳米管的纯化、化学修饰及将其作为药物缓释载体的研究为当前最热门的课题之一。本文对碳纳米管的制备工艺、化学改性方法、纯化技术及其在药物载体领域的研究前沿进行了深入综述,探索了几种纯化碳纳米管的新方法,制备了多种分散性能良好的聚合物修饰的碳纳米管复合物,考察了聚合物修饰的碳纳米管复合物的近边X射线吸收精细结构谱,并研究了壳聚糖修饰的碳纳米管复合物的载药释药性能,主要研究内容和创新点如下:采用卡宾关环,分别以二氯卡宾和二溴卡宾修饰了多壁碳纳米管,考察了催化剂的影响。采用元素分析、傅立叶红外光谱、扫描电镜、透射电镜、能量散射X-射线光谱等分析手段确证了产物。研究结果显示,制备二溴卡宾修饰的多壁碳纳米管时,经后处理有效除去无定形碳,得到的修饰产物缺陷依旧存在,有利于进一步修饰。采用金属镁粉与四氯化碳在无水乙醚中超声振荡产生二氯卡宾来修饰多壁碳纳米管。能量散射X-射线光谱分析表明,产物中氯元素含量较低。本文研究以三种可降解新型聚碳酸酯高分子载体材料:聚碳酸环氧丙烷已内酯、聚碳酸亚丁酯已内酯、聚碳酸亚丙酯马来酸酐酯修饰了多壁碳纳米管,并分离得到了可溶解于氯仿的聚碳酸环氧丙烷已内酯修饰的多壁碳纳米管及其它三种不可溶解的修饰碳纳米管。电镜分析表明碳纳米管为聚碳酸酯所包裹,热重分析发现可溶解的聚碳酸环氧丙烷已内酯修饰的多壁碳纳米管包覆了更多的聚碳酸酯。将十八胺同时接枝到碳纳米管上,制备了聚碳酸酯/十八胺双修饰的单壁碳纳米管。溶解性测试发现,基于不同的聚碳酸酯和接枝量,修饰后的碳纳米管分别可溶解于不同的溶剂:聚碳酸亚丁酯已内酯和十八胺修饰的碳纳米管可溶解于高极性有机溶剂如二甲亚砜和N,N-二甲基甲酰胺;聚碳酸亚丙酯马来酸酐酯和十八胺修饰的碳纳米管可溶解于一般极性有机溶剂如氯仿、二氯甲烷等。采用双修饰的方法,还制备了可溶解于N,N-二甲基甲酰胺和二甲亚砜的甲基-β-环糊精/十八胺双修饰的单壁碳纳米管和可溶解于一般极性有机溶剂如氯仿、二氯甲烷等的十八胺/壳聚糖双修饰的单壁碳纳米管复合物。以液溴修饰了多壁碳纳米管,并采用十八醇与氢化钠反应制得的十八烷基氧负离子亲核取代溴修饰的多壁碳纳米管,制备了十八醇修饰的多壁碳纳米管。采用近边X射线吸收精细结构谱分析了原始碳纳米管、氧化碳纳米管及十八胺修饰的碳纳米管,以及三种聚合物/十八胺双修饰的单壁碳纳米管。结果表明,近边X射线吸收精细结构谱不仅可通过共振峰差异分析碳纳米管修饰前后引入的元素,还可近似地对比修饰引入元素的百分含量,是一种有效的表征聚合物修饰碳纳米管的手段。采用微波辅助法制备了壳聚糖修饰的多壁碳纳米管,并采用调整pH值的方法分离出目标产物。以壳聚糖-碳纳米管复合物在壳聚糖-碳纳米管复合物/壳聚糖总量中的质量分数不同制备了三种半互穿网络水凝胶,并以这些水凝胶为药物载体,甲磺酸帕珠沙星为模型药物,采用浸泡法实现了水凝胶对药物的包埋,考察了壳聚糖-碳纳米管复合物在壳聚糖-碳纳米管复合物/壳聚糖总量中的质量分数不同及pH值等外界因素对水凝胶载药和释药的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 碳纳米管的几何构造
• 1.2 碳纳米管的制备工艺
• 1.2.1 电弧法
• 1.2.2 CVD法
• 1.2.3 激光烧蚀法
• 1.3 碳纳米管的化学修饰及改性
• 1.3.1 共价修饰
• 1.3.2 非共价修饰
• 1.3.3 缺陷化学/碳纳米管管内壁的化学修饰
• 1.4 碳纳米管空心管体的填充
• 1.5 碳纳米管的在医药领域的研究及应用
• 1.5.1 碳纳米管的细胞穿透性能
• 1.5.2 碳纳米管作疫苗、基因载体
• 1.5.3 碳纳米管作药物载体
• 1.5.4 碳纳米管的生物毒性
• 1.5.5 药物在碳纳米管上的包埋
• 1.6 碳纳米管的纯化
• 1.7 碳纳米管材料的近边X射线吸收精细结构谱表征技术
• 1.8 本论文的研究内容和创新点
• 第二章 二卤卡宾环加成修饰多壁碳纳米管
• 2.1 氢氧化钠/氯仿作为二氯卡宾生成试剂对MWCNTs的环加成
• 2.1.1 试剂和仪器
• 2.1.2 实验步骤
• 2.1.3 元素分析（EA）
• 2.1.4 扫描电镜（SEM）分析
• 2.1.5 透射电镜（TEM）分析
• 2.1.6 能量散射X-射线光谱（EDS）分析
• 2.1.7 傅立叶红外光谱分析
• 2.1.8 结论
• 2.2 镁/四氯化碳作为二氯卡宾生成试剂对MWCNTs的环加成
• 2.2.1 试剂和仪器
• 2.2.2 试验步骤
• 2.2.3 元素分析
• 2.2.4 扫描电镜分析
• 2.2.5 透射电镜分析
• 2.2.6 傅立叶红外光谱分析
• 2.2.7 能量散射X-射线光谱分析
• 2.2.8 结论
• 2.3 二溴卡宾环加成修饰MWCNTs
• 2.3.1 试剂和仪器
• 2.3.2 实验步骤
• 2.3.3 傅立叶红外光谱分析
• 2.3.4 能量散射X-射线光谱分析
• 2.3.5 透射电镜分析
• 2.3.6 Raman光谱分析
• 2.3.7 热重分析
• 2.3.8 结论
• 2.4 本章小结
• 第三章 聚碳酸酯修饰碳纳米管的制备及表征
• 3.1 聚碳酸酯修饰的MWCNTs
• 3.1.1 试剂和仪器
• 3.1.2 聚碳酸酯修饰MWCNTs的制备
• 3.1.3 傅立叶红外光谱分析
• 3.1.4 扫描电镜分析
• 3.1.5 透射电镜分析
• 3.1.6 热重分析
• 3.1.7 结论
• 3.2 聚碳酸酯和十八胺双修饰SWCNTs
• 3.2.1 原料和设备
• 3.2.2 试验步骤
• 3.2.3 傅立叶红外光谱表征
• 3.2.4 透射电镜分析
• 3.2.5 Raman光谱分析
• 3.2.6 热重分析
• 3.2.7 溶解性试验
• 3.2.8 结论
• 3.3 本章小结
• 第四章 甲基-β-环糊精修饰SWCNTS的制备和表征
• 4.1 甲基-β-环糊精/十八胺双修饰CNTs的制备
• 4.1.1 仪器和试剂
• 4.1.2 实验步骤
• 4.1.3 傅立叶红外光谱表征
• 4.1.4 透射电镜分析
• 4.1.5 差热—热重分析
• 4.1.6 溶解性分析
• 4.2 本章小结
• 第五章 壳聚糖/十八胺双修饰碳纳米管的制备及表征
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 试剂与仪器
• 5.1.2 实验步骤
• 5.1.3 傅立叶红外光谱
• 5.1.4 透射电镜
• 5.1.5 差热—热重分析
• 5.1.6 拉曼光谱
• 5.1.7 溶解性测试
• 5.2 本章小结
• 第六章 亲核取代修饰溴衍生化的碳纳米管
• 6.1 实验部分
• 6.1.1 试剂和仪器
• 6.1.2 试验步骤
• 6.1.3 傅立叶红外光谱
• 6.1.4 能量散射X-射线光谱分析
• 6.1.5 透射电镜分析
• 6.1.6 扫描电镜分析
• 6.1.7 Raman光谱分析
• 6.2 亲核取代反应机理
• 6.3 本章小节
• 第七章 NEXAFS光谱分析单壁碳纳米管复合物
• 7.1 实验部分
• 7.1.1 原料和设备
• 7.1.2 聚合物/十八胺修饰碳纳米管的制备
• 7.2 NEXAFS光谱分析与讨论
• 7.2.1 碳1s近边X射线吸收精细结构光谱
• 7.2.2 氧1s近边X射线吸收精细结构光谱
• 7.2.3 氮1s近边X射线吸收精细结构光谱
• 7.3 本章小节
• 第八章 碳纳米管载药释药性能初步探索
• 8.1 聚碳酸酯修饰的CNTs对甲磺酸帕珠沙星的缓释研究
• 8.1.1 原料和设备
• 8.1.2 甲磺酸帕珠沙星标准曲线的建立
• 8.1.3 壳聚糖修饰的碳纳米管复合物的制备
• 8.1.4 壳聚糖-碳纳米管/壳聚糖半互穿网络水凝胶的制备
• 8.1.5 甲磺酸帕珠沙星的包埋
• 8.1.6 甲磺酸帕珠沙星的释放
• 8.2 壳聚糖修饰多壁碳纳米管的表征
• 8.3 壳聚糖-碳纳米管/壳聚糖半互穿网络水凝胶的载药释药性能研究
• 8.3.1 载药性能研究
• 8.3.2 凝胶中CNT-CS含量对药物释放性能的影响
• 8.3.3 介质的pH值对药物释放性能的影响
• 8.3.4 释放机理探讨
• 8.4 本章小结
• 第九章 全文总结
• 9.1 结论
• 9.2 主要创新点
• 9.3 展望
• 参考文献
• 攻读博士期间发表论文及参与科研课题情况
• 致谢