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(guò)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(qiáng)酸結(jié)合超聲處理的方法對(duì)多壁碳納米管(MWNTS)進(jìn)行表面氧化處理，得到了可以在無(wú)表面活性劑條件下穩(wěn)定分散的MWNTs水溶液。對(duì)該水溶液進(jìn)行高速和超高速離心，通過(guò)掃描電鏡、紫外/可見(jiàn)/近紅外分光光度儀、激光動(dòng)態(tài)光散射和X．射線(xiàn)光電子能譜分析等方法分別對(duì)留在水中和沉淀出來(lái)的MWN

2、Ts進(jìn)行表征分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，經(jīng)過(guò)氧化處理的MWNTs表面引入了包括羧基在內(nèi)的含氧基團(tuán)，長(zhǎng)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(cè)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(guò)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(duì)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(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，MWNTs對(duì)兩種單一蛋白都有吸附，對(duì)纖維蛋白原有的吸附更加強(qiáng)烈。在雙蛋白混合溶液中，MWNTs對(duì)纖維蛋白原分子具有強(qiáng)烈的傾向性吸附作用。經(jīng)PEG分子修飾后，MWNTS對(duì)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(guò)荷瘤小鼠的生存率、淋巴細(xì)胞殺傷實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)抑瘤實(shí)驗(yàn)對(duì)MWNT應(yīng)用于腫瘤治療的可能性進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)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(duì)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(guò)MwNT-H22P免疫注射后，有大量的淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)

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(shí)驗(yàn)及體內(nèi)抑瘤實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)MWNT-H22P注射后，小鼠體內(nèi)產(chǎn)生僅針對(duì)于H22細(xì)胞的特異性免疫殺傷，對(duì)其他腫瘤細(xì)胞如EMT細(xì)胞沒(méi)有特異性的識(shí)別和殺傷作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示我們，經(jīng)過(guò)MwNT-H22P注射后，小鼠通過(guò)針對(duì)于H22細(xì)胞特異性的免疫響應(yīng)來(lái)實(shí)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(duì)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(guò)血小板粘附、血小板活化和局部皮下組織植入實(shí)驗(yàn)研究了復(fù)合材料的血液相容性和組織相容性。實(shí)驗(yàn)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(guān)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(shí)驗(yàn)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(shí)，MWNT-PU也具有良好的組織相

7、容性。實(shí)驗(yàn)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(jià)值。 單壁碳納米管(SWNT)無(wú)紡膜由大量單壁碳納米管無(wú)規(guī)纏結(jié)構(gòu)成，膜厚約0.1μm，面積可達(dá)幾十個(gè)平方厘米。在SWNT無(wú)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(wú)紡膜的抗凝血性能。通過(guò)掃描電鏡觀(guān)察，酶聯(lián)免疫法和近邊X射線(xiàn)精細(xì)結(jié)構(gòu)吸收譜分析，研究了與凝血過(guò)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(wú)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(gè)方面分析了SWNT無(wú)紡膜對(duì)血小板的作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，SWNT無(wú)紡膜對(duì)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(méi)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(méi)有觀(guān)察到可辨識(shí)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