專利名稱：羧基離子注入的多壁碳納米管及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料在生物醫(yī)用材料中應(yīng)用的新型學(xué)科領(lǐng)域。涉及使用化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)(CVD)生長多壁碳納米管(MWCNTs)；特別是利用北師大核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 BNU-400keV離子注入機(jī)將羧基離子注入MWCNTs表面，以達(dá)到改善MWCNTs血液相容性的新技術(shù)。
背景技術(shù)：
納米技術(shù)是20世紀(jì)80年代末、90年代初才逐步發(fā)展起來的前沿、交叉性新型學(xué)科領(lǐng)域，它的迅猛發(fā)展將在21世紀(jì)促使激活所有工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生一場革命性的變化。由于其微小的體積和很大的表體比，納米材料擁有很多大體積材料所沒有的特性，從而使它們在催化、電子學(xué)、光電學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有很多新的應(yīng)用。自從1991年5月碳納米管(CNTs)被發(fā)現(xiàn)以來，因其驚人的電子學(xué)、力學(xué)以及結(jié)構(gòu)性質(zhì)而被廣泛的應(yīng)用。在最近幾年中，研究者們已經(jīng)開啟了碳納米管生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的研究，在這些研究中，碳納米管被用于藥物和生物離子傳送，組織工程支架等用途。目前以生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用為目標(biāo)的相關(guān)研究主要涉及對碳納米管進(jìn)行表面修飾，使其具有阻止蛋白質(zhì)非特異性吸附和識別特定蛋白分子的功能；利用碳納米管的特殊形狀和電學(xué)性質(zhì)，研究細(xì)胞的體外生長等。雖然碳納米管被期望在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，但我們對其與血液的作用還知之甚少。在特定條件下，碳納米管表面存在一些晶格缺陷，特別是多壁碳納米管，在合成過程中可以捕獲多個缺陷，通過這些缺陷可以在碳納米管表面引入某些具有反應(yīng)活性官能團(tuán)，達(dá)到對碳納米管進(jìn)行化學(xué)修飾的目的。表面處理技術(shù)(如氣相沉積、電鍍、等離子噴涂、 離子注入等)代價小、耗時少，在制備和修飾綜合性能良好的生物醫(yī)用材料方面優(yōu)勢顯著。 其中，離子注入技術(shù)在改變材料表面的某些特性，如親水性、生物相容性等性質(zhì)的同時不改變其整體性質(zhì)，從而在這里被選為改善MWCNTs血液相容性的技術(shù)手段。將離子注入技術(shù)用于碳納米管材料表面改性，并以羧基作為注入離子，以達(dá)到改善碳納米管材料抗凝血性能的研究目前尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
材料的生物相容性是指實(shí)質(zhì)其與活體組織之間相互容納的程度。它是評價一種材料能否應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的根本依據(jù)，包括兩層含義血液相容性和組織相容性。其中血液相容性是指材料與血液接觸后，不引起血漿蛋白的變形，不破壞血液的有效成分，不導(dǎo)致血液的凝固和血栓的形成。材料與血液接觸后，不形成不可逆的血栓過程，稱為具有抗凝血性。本發(fā)明的一個目的是首次公開了使用羧基離子注入的多壁碳納米管產(chǎn)品。本發(fā)明的另一個目的是公開了的使用羧基離子注入的多壁碳納米管的制備方法。本發(fā)明的再一個目的是公開了使用羧基離子注入的多壁碳納米管在制備提高多壁碳納米管材料抗凝血性能方面的應(yīng)用，以及作為與血液接觸的生物材料方面的應(yīng)用。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)內(nèi)容
羧基離子注入的多壁碳納米管，其特征在于在預(yù)先噴涂的多壁碳納米管基片上注入羧基離子；其中羧基離子的注入密度分別為5X1013個/ cm2, 1父1014個/ cm2和 5 X IO14個/ cm2 ；離子能量為40keV ；所述材料中氧原子的百分?jǐn)?shù)為7. 53%_12. 86%。采用甲酸作為離子源。本發(fā)明所述羧基離子注入的多壁碳納米管，其中的多壁碳納米管為粉末狀，可以噴涂在二氧化硅片或碳片基片為襯底的基片上。所述的羧基離子為甲酸。本發(fā)明所述的多壁碳納米管(純度90%，直徑10-20nm，長度5-15μπι)，按比例與十二烷基硫酸鈉(SDS)混合后溶解在蒸餾水中，噴涂于預(yù)先燒制了碳層的二氧化硅 (SiO2)基片上，基片直徑15_，厚度0. 5_。本發(fā)明進(jìn)一步公開了羧基離子注入的多壁碳納米管的制備方法，其特征在于使用BNU-400keV離子注入機(jī)對預(yù)先噴涂多壁碳納米管的基片進(jìn)行羧基離子注入；在此過程中，采用甲酸作為離子源，先對甲酸進(jìn)行高溫蒸發(fā)和加速電子轟擊使其離子化，電子束電流密度控制在3PA/Cm2以下；注入過程中腔室的氣壓為1
10 3 Pa，溫度為室溫，離子能量為40keV。 本發(fā)明對未經(jīng)羧基離子注入的多壁碳納米管和羧基離子注入的多壁碳納米管樣品進(jìn)行了掃描電鏡(SEM)、傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀(FT-IR)和X射線衍射(XPS)結(jié)構(gòu)分析與比較。為確認(rèn)羧基離子注入后在MWCNTs表面存在羧基基團(tuán)，選擇未經(jīng)羧基離子注入和羧基離子注入密度為5X IOw個/cm2的樣品進(jìn)行FT-IR分析，結(jié)果如

圖1所示。在圖1 (a) 中，1100 CnT1 and 2980 cnT1附近的峰分別對應(yīng)于C-C和C-H鍵；而圖1 (b)中多出的3500 cnT1和1620 cnT1附近的峰分別對應(yīng)于羧基中的O-H和C=O鍵，從而證明了離子注入后羧基基團(tuán)已成功注入到了 MWCNTs表面。XPS是檢驗(yàn)材料表面元素合成及其化學(xué)結(jié)構(gòu)的有效手段，在此，被用來表征未經(jīng)羧基離子注入的MWCNTs以及羧基離子注入密度最小(5X IO13個/cm2)和最大(5X IO14個/ cm2)的MWCNTs。材料表面的元素含量如表1。
表1未經(jīng)羧基離子注入的和經(jīng)羧基離子注入的多壁碳納米管表面元素含量
權(quán)利要求
1.羧基離子注入的多壁碳納米管，其特征在于它在預(yù)先噴涂的多壁碳納米管基片上注入羧基離子；其中羧基離子的注入密度分別為5X IO13個/ cm2, 1父1014個/ cm2和 5 X IO14個/ cm2 ；離子能量為40keV ；所述材料中氧原子的百分?jǐn)?shù)為7. 53%_12. 86%。
2.權(quán)利要求1所述羧基離子注入的多壁碳納米管，其中的多壁碳納米管為粉末狀，噴涂在二氧化硅片或碳片為襯底的基片上；所述的羧基離子為甲酸。
3.一種羧基離子注入的多壁碳納米管的制備方法，其特征在于使用 BNU-400keV離子注入機(jī)對預(yù)先噴涂多壁碳納米管的基片進(jìn)行羧基離子注入； 在此過程中，采用甲酸作為離子源，先對甲酸進(jìn)行高溫蒸發(fā)和加速電子轟擊使 #離子化，電子束電流密度控制在3PA/Cm2以下；注入過程中腔室的氣壓為1丄(T3 Pa，溫度為室溫，離子能量為40keV。
4.權(quán)利要求1所述羧基離子注入的多壁碳納米管在制備提高多壁碳納米管材料抗凝血性方面的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及注入羧基離子的多壁碳納米管，它選用將多壁碳納米管噴涂在預(yù)先燒制碳膜的二氧化硅基片上，然后使用離子注入機(jī)在此噴涂后的碳納米管表面注入羧基離子；其中羧基離子的注入密度分別為5×1013個/cm2,1×1014個/cm2和5×1014個/cm2；離子能量為40keV；所述材料中氧原子的百分?jǐn)?shù)為7.53%-12.86%。通過成年新西蘭兔的血小板在材料上粘附實(shí)驗(yàn)說明在MWCNTs上注入羧基離子能夠有效提高材料的抗凝血性能，使得該材料在作為與血液相接觸的材料方面具有良好的研究應(yīng)用價值和廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號B82Y40/00GK102380133SQ201110320500
公開日2012年3月21日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者岳玉琛, 張藝騰, 李德軍, 趙夢鯉, 郭美仙 申請人:天津師范大學(xué)