大豆分离蛋白对单壁碳纳米管的功能化修饰及其性能研究

摘要

单壁碳纳米管是新兴的碳纳米材料之一，由于其独特的结构和各种优异的性能，受到许多研究人员的青睐。单壁碳纳米管具有很高的比表面积和良好的稳定性，在生物载药中的应用前景广阔。许多研究报道指出，碳纳米管作为一些药物的载体，达到了延长和控制药物释放、改善药物靶向性及提高不溶性药物利用率的目的。但单壁碳纳米管具有较差的亲水性和生物相容性，在溶液中极易发生聚集沉淀，未经任何处理的单壁碳纳米管会破坏生物体的细胞或组织，即单壁碳纳米管具有细胞毒性。因此，单壁碳纳米管作为药物载体需要进行功能化修饰。单壁碳纳米管的功能化修饰通常分为共价和非共价两种。共价修饰是指在功能化过程中发生了化学反应，但这种方法通常会导致单壁碳纳米管的结构破坏和性能损失，而非共价修饰不需要发生化学反应就能改善单壁碳纳米管的亲水性和生物相容性。因此，本研究采用非共价的方法对单壁碳纳米管功能化修饰。目前，用于非共价修饰单壁碳纳米管的表面活性剂很多，但使用生物表面活性剂作为修饰基团却鲜有报道，大豆分离蛋白具有很强的表面活性和生物相容性且能够在亲疏水界面发生自组装。因此，本文将大豆分离蛋白应用于单壁碳纳米管的功能化修饰。另外，从厂家购买的单壁碳纳米管通常伴有金属催化剂、无定形碳等混杂，且长度较长。因此，在修饰之前须用酸纯化，且单壁碳纳米管会发生短化。本论文的主要内容是利用生物表面活性剂对酸化后的单壁碳纳米管进行功能化修饰，对修饰的机理和动力学基础及外在条件的选择进行了研究；并研究了其细胞毒性和载药性能。 本文的主要工作： 1. 在本文中，大豆分离蛋白作为表面活性剂对酸化后的单壁碳纳米管进行功能化修饰，采用X射线光电子能谱和傅里叶红外光谱研究大豆分离蛋白在功能化修饰单壁碳纳米管过程中发生的反应机理和动力学，证明该过程是物理吸附反应，其动力学主要是疏水作用。利用拉曼光谱研究了大豆分离蛋白对单壁碳纳米管结构和性能的影响，表明了大豆分离蛋白提高了单壁碳纳米管表面碳原子的混乱度，但对其结构和性能造成的破坏较小。采用MTT法检测修饰后的单壁碳纳米管的细胞毒性，证明修饰后的单壁碳纳米管的细胞毒性较低。 2. 为了提高大豆分离蛋白功能化修饰单壁碳纳米管的效果，本论文研究了大豆分离蛋白与单壁碳纳米管的最佳投料比，讨论了超声时间和功率对修饰效果的影响。结果表明，当大豆分离蛋白与单壁碳纳米管投料比为30:1（质量比）且探头超声的功率和时间分别为400 W和50 min时，修饰效果最好。 3. 通过将姜黄素、异甘草素和阿霉素负载到经大豆分离蛋白修饰的单壁碳纳米管上来研究其载药性能，证明了将药物负载经大豆分离蛋白修饰后的单壁碳纳米管能够延长药物的释放时间且能通过控制 pH 值来达到控制释放的效果。MTT细胞增殖检测实验表明经大豆分离蛋白修饰后的单壁碳纳米管作为载体能够增强药物的医疗效果。另外，经修饰后的单壁碳纳米 管作为药物载体能够避免光敏药物或具有抗氧化性药物的降解。

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