功能化多壁碳纳米管对NHFB细胞的毒性研究

以人的正常上皮成纤维细胞(normal human fibroblasts,NHFB)为模型,应用WST-1方法对本课题组前期合成的功能化多壁碳纳米管(functionalized multi-walled carbonnanotubes,f-MWNTs)库进行细胞毒性筛选;选取细胞毒性差异较大的几种f-WNTs,研究细胞对其摄入情况及其对细胞增殖和活性氧(reactive oxygen species,ROS)产生的影响规律。结果表明:经过不同表面修饰的多壁碳纳米管具有不同的细胞毒性;f-MWNTs能够进入细胞,且其对细胞增殖及ROS的产生均呈显著的剂量依赖关系。     

多重边界约束对三壁碳纳米管振动特性的影响

主要研究了三壁碳纳米管在多重边界约束条件下的振动特性. 基于Euler 梁模型将三壁碳纳米管模拟成三重相合梁系统, 其中管间通过范德华力 (van der Waals force) 相合, 但内管、中管、外管处于不同的边界约束中, 并研究了FFC (free-free-clamped) 型多重边界约束对 三壁碳纳米管振动的影响. 结果表明, FFC 型多重边界约束会导致三壁碳纳米管共振频率的降低, 尤其在低阶振动模态上; 同时, 这种影响会随着碳纳米管长度的增加而减弱.     

荧光光谱法研究羟基化单壁碳纳米管与牛血清白蛋白/血红蛋白的相互作用

纳米材料与蛋白质等生物大分子的相互作用是纳米材料生物安全性的重要内容。为了解羟基化单壁碳纳米管与牛血清白蛋白/血红蛋白的相互作用特点,选择两种不同长度的羟基化单壁碳纳米管(Short-SWNTs-OH、Long-SWNTs-OH),利用荧光光谱法和同步荧光光谱法分别分析在生理条件下它们与牛血清白蛋白/血红蛋白的相互作用。荧光光谱显示,两种羟基化单壁碳纳米管可以猝灭牛血清白蛋白和牛血红蛋白的内源荧光,且猝灭效应随碳纳米管的浓度增大而增强,对牛血清白蛋白,Short-SWNTs-OH的荧光猝灭作用强于Long-SWNTs-OH;Short-SWNTs-OH和Long-SWNTs-OH对牛血红蛋白的荧光猝灭作用相差不大;同步荧光光谱显示,Short-SWNTsOH对牛血清白蛋白的色氨酸残基(Trp)荧光猝灭作用强于酪氨酸残基(Tyr)。实验结果表明,碳纳米管的形貌特征及蛋白质的类型对碳纳米管与蛋白质的相互作用存在一定的影响:与牛血红蛋白相比,羟基化单壁碳纳米管更易于和牛血清白蛋白结合,羟基化单壁碳纳米管的长度、蛋白质的类型对它们之间的相互作用存在一定的影响,两种碳纳米管与牛血清白蛋白的作用位置更接近色氨酸残基。该工作可为全面评价包括碳纳米管在内的纳米材料的生物安全性提供参考。     

层间耦合对多壁纳米碳管光学特性影响的研究

研究了耦合效应对多壁纳米碳管非线性光致发光的影响.采用π 轨道紧束缚模型,从理论上得到了层间耦合会减小多壁碳纳米管的带隙和电子跃迁几率.从而说明了多壁碳纳米管的荧光很难观察到的原因.     

多壁碳纳米管/聚丙烯酸复合材料的制备及表征

采用化学气相沉积法(CVD)制备多壁碳纳米管(MWNTs),并用酸纯化多壁碳纳米管(MWNTs).为了改进碳纳米管在聚合物中的性能,采用化学修饰法制备了多壁碳纳米管/聚丙烯酸(MWNTs/PAA)复合材料,并用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和红外光谱(FT-IR)对其进行了表征.实验结果表明,聚丙烯酸能均匀地包覆在碳纳米管表面,而且多壁碳纳米管/聚丙烯酸复合材料能很好地分散在水和苯丙乳液中.     

有机污染物在碳纳米管上的吸附解吸动力学研究

为了分析研究有机物在碳纳米管上的吸附/解吸动力学机理,选用原始单壁碳纳米管(r-SWNTs)和氧化单壁碳纳米管(O-SWNTs)作为吸附剂,对比了2种碳纳米管对1,3-二氯苯(1,3-DCB)、2,4-二氯酚(2,4-DCP)和硝基苯(NBZ)3种不同污染物的吸附和解吸行为.研究结果表明:与非极性有机污染物相比,极性有机污染物具有相对较快的快吸附/解吸阶段和相对缓慢的慢吸附/解吸阶段.有机污染物在氧化碳纳米管上的吸附解吸动力学速率比在原始碳纳米管上缓慢,这主要是由于碳纳米管与有机污染物间的氢键和π-π电子供受体等的特殊作用所致.研究结果对碳纳米管在废水处理中的应用具有指导意义,同时可为评价碳纳米管的环境风险提供重要的技术参考.     

脑深部刺激电极表面多壁碳纳米管的电泳沉积工艺研究

为了提高脑深部刺激(DBS)电极组织界面的电学性能和生物相容性,提出一种直流电泳沉积多壁碳纳米管(MWCNTs)制备电极表面纳米结构对电极进行修饰改性的方法,将不锈钢片和铜电极接在直流电源的阳极和阴极,放入经过纯化处理和功能化处理后配制成的MWCNTs悬浊液中,设置电压和电泳时间,即可在不锈钢片上沉积多壁碳纳米管。对多壁碳纳米管修饰电极的电泳沉积工艺进行了研究,评价了电泳沉积形成的多壁碳纳米管薄膜的稳定性、材料成分和生物学特性。研究结果表明,电泳沉积多壁碳纳米管的最佳参数是20V和7min,电泳沉积可以在电极表面形成20～100nm的碳纳米管结构膜层,膜层表面颗粒均匀,排列致密,连续性好,没有裂纹,且薄膜的纯度较高,生物相容性良好,具有较好的电化学稳定性,但机械稳定性有待提高。该方法在保证电极-组织界面生物相容性的基础上,能有效避免电极电性能下降,从而提高电极的综合性能。     

脑深部刺激电极表面多壁碳纳米管的电泳沉积工艺研究

为了提高脑深部刺激(Deep brain stimulation, DBS)电极-组织界面的电学性能和生物相容性,提出一种直流电泳法沉积多壁碳纳米管(Multi-walled carbon nanotubes,MWCNTs)制备电极表面纳米结构对其进行修饰改性的方法,将不锈钢片和铜电极接在直流电源的阳极和阴极,放入经过纯化处理和功能化处理后配制成的MWCNTs悬浊液中,设置电压和电泳时间,即可在不锈钢片上沉积多壁碳纳米管。本文对多壁碳纳米管修饰电极的电泳沉积工艺进行了研究,评价了电泳沉积形成的多壁碳纳米管薄膜的稳定性、材料成分和生物学特性。研究结果表明电泳沉积多壁碳纳米管的最佳参数是20 V和7 min,电泳沉积可以在电极表面形成20~100 nm的碳纳米管结构膜层,膜层表面颗粒均匀,排列致密,连续性好,没有裂纹,且薄膜的纯度较高,生物相容性良好,具有较好的电化学稳定性,但机械稳定性有待提高。该方法在保证电极/组织界面生物相容性的基础上,能有效避免电极电性能下降,从而提高电极的综合性能。     

脑深部刺激电极表面多壁碳纳米管的电泳沉积工艺研究

为了提高脑深部刺激(Deep brain stimulation, DBS)电极-组织界面的电学性能和生物相容性,提出一种直流电泳法沉积多壁碳纳米管(Multi-walled carbon nanotubes,MWCNTs)制备电极表面纳米结构对其进行修饰改性的方法,将不锈钢片和铜电极接在直流电源的阳极和阴极,放入经过纯化处理和功能化处理后配制成的MWCNTs悬浊液中,设置电压和电泳时间,即可在不锈钢片上沉积多壁碳纳米管。本文对多壁碳纳米管修饰电极的电泳沉积工艺进行了研究,评价了电泳沉积形成的多壁碳纳米管薄膜的稳定性、材料成分和生物学特性。研究结果表明电泳沉积多壁碳纳米管的最佳参数是20 V和7 min,电泳沉积可以在电极表面形成20~100 nm的碳纳米管结构膜层,膜层表面颗粒均匀,排列致密,连续性好,没有裂纹,且薄膜的纯度较高,生物相容性良好,具有较好的电化学稳定性,但机械稳定性有待提高。该方法在保证电极/组织界面生物相容性的基础上,能有效避免电极电性能下降,从而提高电极的综合性能。     

曲率效应对金属碳纳米管局域化长度的影响

基于π轨道紧束缚模型,并考虑曲率效应的影响,解析地推导了金属(即扶手椅型)碳纳米管的局域化长度.发现,考虑曲率效应后,扶手椅型碳纳米管的局域化长度变长;还发现,曲率效应对扶手椅型碳纳米管局域化长度的影响随碳纳米管的半径的增加而迅速减小.