水溶性壳聚糖功能化碳纳米管的研究

论文摘要

碳纳米管自1991年被日本科学家饭岛（S.Iijima）发现以来,由于其特有的力学、电学和化学特性,吸引了众多领域的研究兴趣。碳纳米管表面强的范德华力和π-π键相互作用,使得纳米颗粒之间极易凝聚成团,碳纳米管很难在各种溶剂中分散。因此,提高碳纳米管的分散能力是一个亟待解决的问题。壳聚糖具有良好的生物相容性、生物可降解性、低毒性、低成本、良好的成膜性以及抗菌性。在酸性溶液,壳聚糖对碳纳米管具有良好的分散稳定性,但是在中性或者更高的pH条件下,壳聚糖本身的结晶特性导致其在水中的溶解性很差,使其应用受到限制。因此,在壳聚糖分子的氨基和／或羟基上通过共价键引入其他分子以提高壳聚糖在水中的溶解性是非常必要的。本文以碳纳米管和壳聚糖材料为核心,开展了以下工作：首先,选用无毒、生物相容性良好的EDC/NHS作为棕榈酸分子的羧基和壳聚糖分子的氨基之间的交联剂,制备了N-棕榈酰壳聚糖（N-palmitoyl chitosan, p-CS）。FT-IR和1 H NMR分析表明EDC/NHS耦合交联剂成功地将棕榈酸分子接枝在了壳聚糖的氨基上。XRD分析表明,长的疏水棕榈酸分子链的引入在一定程度上破坏了壳聚糖分子内和分子间的氢键作用,改变了壳聚糖的结晶特性。从壳聚糖和p-CS的溶解度测试可知疏水棕榈酸分子链的引入改变了壳聚糖在酸中和水中的溶解性能,当初始棕榈酸和葡萄糖胺残基的摩尔比为0.3时,p-CS在酸中和水中均具有很好的溶解。其次,利用超声空化的方法成功地将多壁碳纳米管（carbon nanotubes, MWNT）稳定分散到p-CS的水溶液中,得到了p-CS非共价功能化的MWNT （p-CS/MWNT）。UV-vis表明,与未功能化的MWNT相比p-CS/MWNT在紫外区的最大吸收峰发生了蓝移。FT-IR、XRD、Raman和XPS进一步印证了MWNT与p-CS作用前后的变化。HRTEM表征显示MWNT管壁外包裹了一层较不均匀的p-CS。利用CD谱图分析了不同温度和pH下p-CS与MWNT作用前后结构的变化。最后,利用UV-vis和CD光谱考察了p-CS和p-CS/MWNT作为牛血清蛋白载体的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 碳纳米管
• 1.1.1 碳纳米管的发现
• 1.1.2 碳纳米管的结构
• 1.1.3 碳纳米管的性能和应用
• 1.1.4 碳纳米管的功能化
• 1.1.4.1 碳纳米管共价功能化
• 1.1.4.2 碳纳米管非共价功能化
• 1.2 壳聚糖
• 1.2.1 壳聚糖的来源及其制备方法
• 1.2.2 壳聚糖的理化性质
• 1.2.3 壳聚糖的化学改性
• 1.2.3.1 壳聚糖羟基的氧化
• 1.2.3.2 壳聚糖羟基醚化修饰
• 1.2.3.3 壳聚糖羟基酰化修饰
• 1.2.3.4 壳聚糖氨基化学修饰
• 1.2.3.5 壳聚糖配位修饰
• 1.2.3.6 壳聚糖的其他修饰
• 1.3 壳聚糖及其衍生物功能化碳纳米管
• 1.3.1 壳聚糖功能化碳纳米管
• 1.3.2 壳聚糖衍生物功能化碳纳米管
• 1.4 课题的选题背景及研究的主要内容
• 第二章 水溶性壳聚糖的制备与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂及主要仪器
• 2.2.2 原料的预处理
• 2.2.3 N-棕榈酰壳聚糖的制备
• 2.2.4 N-棕榈酰壳聚糖的表征
• 2.2.4.1 红外光谱表征
• 1H核磁表征'>2.2.4.2¹H核磁表征
• 2.2.4.3 X-射线衍射表征
• 2.2.4.4 溶解性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 反应机理
• 2.3.2 红外光谱分析
• 1H核磁分析'>2.3.3¹H核磁分析
• 2.3.4 X-射线衍射分析
• 2.3.5 溶解性能
• 2.4 小结
• 第三章 水溶性壳聚糖功能化碳纳米管的制备与表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂及主要仪器
• 3.2.2 碳纳米管的纯化
• 3.2.3 水溶性壳聚糖功能化碳纳米管的制备
• 3.2.4 水溶性壳聚糖功能化碳纳米管的表征
• 3.2.4.1 紫外-可见光谱表征
• 3.2.4.2 红外光谱表征
• 3.2.4.3 透射电子显微镜表征
• 3.2.4.4 X-射线衍射表征
• 3.2.4.5 拉曼光谱表征
• 3.2.4.6 X-射线光电子能谱表征
• 3.2.4.7 圆二色光谱表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 产品水溶性分析
• 3.3.2 紫外-可见光谱分析
• 3.3.3 红外光谱分析
• 3.3.4 透射电子显微镜分析
• 3.3.5 X-射线衍射分析
• 3.3.6 拉曼光谱分析
• 3.3.7 X-射线光电子能谱分析
• 3.3.8 圆二色光谱分析
• 3.4 小结
• 第四章 p-CS和p-CS/MWNT作为BSA载体的初步研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂及主要仪器
• 4.2.2 p-CS和p-CS/MWNT作为BSA载体的表征
• 4.2.2.1 紫外可见光谱表征
• 4.2.2.2 圆二色光谱表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 紫外可见光谱分析
• 4.3.2 圆二色光谱分析
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 全文主要结论
• 5.2 对未来工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 北京化工大学 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书