功能化碳納米管材料體系的構(gòu)建及其生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)與吸附應(yīng)用研究.pdf

1、以碳納米管為典型的納米材料因其獨特的結(jié)構(gòu)以及奇異的性質(zhì)，在各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)創(chuàng)造了巨大的應(yīng)用前景，正潛移默化地推動著一場新產(chǎn)業(yè)革命，逐漸滲透進入并改變了人們的生活。如在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，基于碳納米管發(fā)展起來的生物成像、載藥、檢測等納米醫(yī)學(xué)技術(shù)，有望為腫瘤的早期診斷與治療方法的突破提供新的思路；另外，碳納米管作為吸附材料顯示出相較于傳統(tǒng)吸附劑更加高效的應(yīng)用效率，有望為目前日益嚴重的各類廢物處置提供幫助。然而，在碳納米管等納米材料大規(guī)模用于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)

2、用的道路中，仍然有許多問題亟待解決或加以改進。本論文正是在這樣一個大背景下，針對某些具體應(yīng)用中的特定問題，設(shè)計構(gòu)建了功能化的碳納米管材料體系，主要研究了其在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的一些基礎(chǔ)問題以及作為吸附材料方向上的初步應(yīng)用，同時也從納米材料的構(gòu)建方法角度作了討論。具體研究內(nèi)容與結(jié)果闡述如下：
　?。?）發(fā)展了以水溶性殼聚糖修飾為基礎(chǔ)的碳納米管生物功能化方法，一方面改善了碳納米管的固有缺點，為其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供前提條件；另一方面，

3、基于殼聚糖的修飾，在碳納米管體系中可以后續(xù)引入多種生物功能性分子，如熒光標記物、腫瘤靶向分子，以及各類藥物等。經(jīng)殼聚糖修飾的碳納米管具有良好的生物相容性，可以有效地被細胞攝入，有利于該體系在生物醫(yī)學(xué)中的各類應(yīng)用。
　?。?）構(gòu)建了以殼聚糖修飾的碳納米管為載體，茶多酚為負載藥物的納米載藥體系，研究了以主動方式調(diào)控藥物釋放的方法，分別以溶液pH、溫度、γ射線照射為觸發(fā)器，探討了在上述外界條件影響下水溶液中茶多酚/碳納米管載藥體系中的藥

4、物釋放行為，從光譜分析的層面驗證了藥物的釋放，為后續(xù)的細胞及活體內(nèi)應(yīng)用提供研究基礎(chǔ)。
　　（3）設(shè)計了雙熒光標記的碳納米管探針，將其應(yīng)用于亞細胞層次的胞內(nèi)示蹤，分別從碳納米管與細胞的相互作用以及載藥體系在細胞內(nèi)部的作用機制兩個科學(xué)問題角度進行了討論。利用多功能熒光標記的方法以及靈敏的共聚焦顯微成像技術(shù)，首次從直觀成像的角度示蹤了碳納米管在細胞內(nèi)的小泡運輸過程，以及碳納米管載藥體系在細胞內(nèi)部轉(zhuǎn)運過程中藥物的特定釋放過程。該結(jié)果為碳納

5、米管與生物體系的相互作用機制提供了信息，同時也為載藥體系的機制理解與新設(shè)計提供了思路。
　?。?）構(gòu)建了兩類以碳納米管為基礎(chǔ)的功能性吸附材料，初步探討了其對于水體中特定物質(zhì)的吸附應(yīng)用。主要針對碳納米管本身作為吸附材料在實際應(yīng)用中的固有缺點，如難于分離或成型等限制因素，提出了磁性碳納米管吸附材料以及碳納米管宏觀體吸附材料的改進設(shè)計概念，分別從磁分離方法的角度和塊狀材料成型的角度出發(fā)，拓展了碳納米管作為吸附材料在實際應(yīng)用中的可操作性與

6、實用性。
　?。?）制備了多功能的碳納米管宏觀體吸附材料，討論了其在放射性廢水處理中的應(yīng)用前景。以碳納米管海綿狀骨架材料為模板，在孔壁中引入了具有離子交換性能的普魯士藍類化合物，得到了多功能的吸附材料，在保留了納米材料的優(yōu)秀特性的同時改善了其單獨使用時的缺陷。該吸附材料在對多種金屬離子混合溶液的吸附實驗中表現(xiàn)出對銫、鍶等常見放射性離子較高的吸附能力與選擇性，并且因其塊狀多孔的宏觀材料特點，有望后續(xù)加工成實用裝置，在當前日益受關(guān)切的