碳纳米管的表面化学修饰及其生物效应的研究
碳纳米管(Carbon Nanotubes，CNTs)是一种新型的纳米材料，碳纳米管的研究是纳米科学的重要分支，碳纳米管的化学修饰以及碳纳米管对于环境和人类的影响和安全性问题己成为纳米科学研究的热点。
碳纳米管的溶解性问题是碳纳米管化学性质研究的重要内容和其应用研究的基础和前提。利用γ射线辐照多壁碳纳米管，然后在超声条件下进行混酸氧化，再在碳纳米管表面修饰癸胺和葡萄糖胺，我们分别得到能够溶解于有机溶剂和水中的碳纳米管，并且分别测量了其溶解度。经TEM照片证实γ射线并没有破坏碳纳米管的基本结构，拉曼光谱显示经过γ射线辐照后碳纳米管中SP3杂化的碳原子数目明显增多。红外光谱说明癸胺和葡萄糖胺是和碳纳米管共价结合的，而元素和TGA分析则进一步证明，连接在多壁碳纳米管表面的有机官能团浓度随γ辐照剂量的增加而增加，与γ光子辐照剂量呈现线性依赖性。与此相一致，经γ射线辐照再修饰后碳纳米管在有机溶剂和水中的溶解度与未经辐照的相比有明显的增加，同样，溶解度随辐照剂量的增加而线性增加。这一结果为碳纳米管，特别是多壁碳纳米管的功能化修饰提供了新思路。
为研究碳纳米管与生命体系的相互作用和影响，利用一种大型单细胞水生原生动物梨形四膜虫为实验材料，研究了多壁碳纳米管本身以及表面修饰了不同种类，不同浓度官能团的碳纳米管衍生物的生物效应。实验显示，四膜虫能够摄取大量的多壁碳纳米管，并且最后逐渐将其排出体外。四膜虫的存活率测定表明，碳纳米管的生物效应主要取决于修饰在纳米管上的官能团的种类：同未修饰的多壁碳纳米管相比，表面修饰癸胺的多壁碳纳米管对于四膜虫的生长具有明显的抑制作用；与此相反，表面修饰葡萄糖胺的多壁碳纳米管对于四膜虫的生长具有明显促进作用。这是因为癸胺对于四膜虫是有毒的，而葡萄糖胺可能是四膜虫生长需要的营养物质，进入虫体后促进其生长。实验进一步指出，多壁碳纳米管的生物效应，不管是生长抑止还是生长刺激，其大小可以利用γ射线辐照多壁碳纳米管，通过增加纳米管表面功能基团浓度来进一步增强。利用γ射线辐照技术增加纳米管功能化效应不仅对于碳纳米管在生物医药领域，而且在其他领域应用都具有潜在的，重要的应用价值。
同位素99mTc标记的方法首次合成了99mTc标记的功能化碳纳米管99mTc-CNTs-葡糖萄胺，研究了功能化碳纳米管在小鼠体内的分布情况，发现碳纳米管在小鼠体内的分布特点是胃中的分布高，主要是通过粪便和尿液进行排泄的。这可能是由于碳纳米管的尺寸比较大，进入胃后和胃酸作用沉积下来不能够再被吸收造成的。这为研究碳纳米管对环境的影响以及对人类和生物的安全性，以及以碳纳米管为载体的药物研制提供了有用的基础资料。
- 作者：
- 郭金学
- 学位授予单位：
- 中国科学院上海应用物理研究所
- 专业名称：
- 无机化学
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2006年
- 导师姓名：
- 李文新
- 中图分类号：
- TB383
- 关键词：
- 碳纳米管；化学修饰；生物效应；化学性质
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