基于碳納米管的生物材料制備與表征及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究.pdf

1、本論文通過碳納米管的純化和修飾，得到了水中穩(wěn)定分散的碳納米管溶液，在此基礎(chǔ)上的研究了碳納米管在抗腫瘤免疫治療、抗凝血高分子復(fù)合材料等方面的應(yīng)用。 采用混合強酸結(jié)合超聲處理的方法對多壁碳納米管(MWNTS)進(jìn)行表面氧化處理，得到了可以在無表面活性劑條件下穩(wěn)定分散的MWNTs水溶液。對該水溶液進(jìn)行高速和超高速離心，通過掃描電鏡、紫外/可見/近紅外分光光度儀、激光動態(tài)光散射和X．射線光電子能譜分析等方法分別對留在水中和沉淀出來的MWN

2、Ts進(jìn)行表征分析。實驗結(jié)果說明，經(jīng)過氧化處理的MWNTs表面引入了包括羧基在內(nèi)的含氧基團，長度由初始的50μm變?yōu)?00-800nm左右。當(dāng)尺寸減小到一定程度后，影響MWNTs在水中穩(wěn)定分散的關(guān)鍵因素是其表面的氧化程度。MWNTs水溶液在253nm處有與MWNTs濃度相關(guān)的特征吸收峰，由此建立了測定水溶液中MWNTs濃度的光譜分析方法。 在MWNTIS在水中穩(wěn)定分散的基礎(chǔ)上，通過SDS-電泳和熒光光譜分析方法研究了分散在水中的M

3、WNTs對單一白蛋白、單一纖維蛋白原、以及兩種混合蛋白的吸附作用，探討了EDC偶聯(lián)劑對白蛋白在MWNTs表面吸附的影響以及PEG修飾抑制纖維蛋白原在MWNTs上吸附的可能性。實驗結(jié)果顯示，MWNTs對兩種單一蛋白都有吸附，對纖維蛋白原有的吸附更加強烈。在雙蛋白混合溶液中，MWNTs對纖維蛋白原分子具有強烈的傾向性吸附作用。經(jīng)PEG分子修飾后，MWNTS對纖維蛋白原的吸附程度有所降低。 腫瘤免疫治療在腫瘤治療中具有重要的地位。在研

4、究碳納米管與血漿蛋白分子相互作用的基礎(chǔ)上，我們將腫瘤細(xì)胞裂解蛋白(H22P)連接到MWNTs，形成MWNT-H22P復(fù)合物。小鼠皮卜注射MWNT-H22P后，通過荷瘤小鼠的生存率、淋巴細(xì)胞殺傷實驗和體內(nèi)抑瘤實驗對MWNT應(yīng)用于腫瘤治療的可能性進(jìn)行了研究。實驗結(jié)果表明，經(jīng)過MWNT-H22P注射后，小鼠的腫瘤治愈率明顯提高，該組淋巴細(xì)胞對腫瘤細(xì)胞的殺傷數(shù)目明顯高于其他各組。病理切片顯示經(jīng)過MwNT-H22P免疫注射后，有大量的淋巴細(xì)胞浸潤

5、到腫瘤組織中，腫痛體積明顯減少。特異性淋巴細(xì)胞殺傷實驗及體內(nèi)抑瘤實驗表明，經(jīng)過MWNT-H22P注射后，小鼠體內(nèi)產(chǎn)生僅針對于H22細(xì)胞的特異性免疫殺傷，對其他腫瘤細(xì)胞如EMT細(xì)胞沒有特異性的識別和殺傷作用。實驗結(jié)果提示我們，經(jīng)過MwNT-H22P注射后，小鼠通過針對于H22細(xì)胞特異性的免疫響應(yīng)來實現(xiàn)腫瘤治療的目的。在碳納米管表面修飾與分散的基礎(chǔ)上，我們利用溶液共沉淀法制備了MWNT-PU復(fù)合材料。利用表面元素分析、掃描示差量熱分析等方法

6、對MWNT-PU的表面性質(zhì)、熱力學(xué)行為和力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征。并通過血小板粘附、血小板活化和局部皮下組織植入實驗研究了復(fù)合材料的血液相容性和組織相容性。實驗結(jié)果表明，在聚氨酯基體中引入MWNTs，可以在一定程度上改變聚氨酯的微觀相分離結(jié)構(gòu)，增加材料表面的單質(zhì)碳含量。復(fù)合材料保持了原有聚氨酯的優(yōu)異力學(xué)性能，使材料更易于加工成型。生物相容性實驗表明，MWNT-Pu復(fù)合材料有抗凝血性能，具有良好的血液相容性；同時，MWNT-PU也具有良好的組織相

7、容性。實驗結(jié)果提示MWNT-PU良好的力學(xué)性能和生物相容性使其在血液接觸性環(huán)境的人工器官、組織替代物、以及可植入器件等方面具有潛在應(yīng)用價值。 單壁碳納米管(SWNT)無紡膜由大量單壁碳納米管無規(guī)纏結(jié)構(gòu)成，膜厚約0.1μm，面積可達(dá)幾十個平方厘米。在SWNT無紡膜可以批量制備的基礎(chǔ)上，以血液接觸環(huán)境下的應(yīng)用為目標(biāo)，研究了單壁碳納米管無紡膜的抗凝血性能。通過掃描電鏡觀察，酶聯(lián)免疫法和近邊X射線精細(xì)結(jié)構(gòu)吸收譜分析，研究了與凝血過程密切

8、相關(guān)的纖維蛋白原、白蛋白以及新鮮血漿在SWNT無紡膜表面的吸附行為，并利用掃描電鏡和熒光標(biāo)記流式細(xì)胞分析技術(shù)，從血小板活化形態(tài)和血小板膜糖蛋白的構(gòu)型變化兩個方面分析了SWNT無紡膜對血小板的作用。實驗結(jié)果顯示，SWNT無紡膜對血液中的纖維蛋白分子原具有明顯的傾向性吸附，但是并沒有像已有的大部分生物材料一樣引起明顯的后續(xù)血小板粘附和活化，材料與血漿接觸后，表面上沒有觀察到可辨識的血小板粘附與活化，富血小板血漿(PRP)中活化血小板在5％左