碳纳米管在生物医学中的应用.pptx

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1、碳纳米管在生物医学的应用 碳 纳 米 管 又 叫 巴 基 管 ， 碳 的 同 素 异 形 体 ， 1 9 9 1 年 由 日 本 科学 家 发 现 。 由 单 层 或 多 层 石 墨 片 绕 中 心 按 一 定 角 度 卷 曲 而 成的 无 缝 、 中 空 纳 米 管 。 可 以 看 成 由 六 边 形 的 石 墨板 成 3 6 0 卷 曲 而 成 的 管 状 材 料 , 管 的 内 径 在 几 纳米 到 几 十 个 纳 米 之 间 , 长 度 可 达 微 米 量 级 , 是 理 想的 准 一 维 材 料 。 单 壁 碳 纳 米 管 直 径 为 1-6 nm 多 壁 碳 纳 米 管 直 径 n

2、m m 碳 纳 米 管 特 殊 性 质力 学 性 能 碳 纳 米 管 因 其 独 特 的 结 构 而 具 有 优 良 的 力 学 性 能 。 它的 抗 拉 强 度 达 到 5 0 2 0 0 GPa,是 钢 的 1 0 0 倍 ,密 度 却 只 有钢 的 1 /6 ， 至 少 比 常 规 石 墨 纤 维 高 一 个 数 量 级 。 碳 纳米 管 的 杨 氏 模 量 与 金 刚 石 相 当 ， 约 为 1 TPa， 是 钢 的 5 倍 左 右 ， 为 已 知 材 料 的 最 高 模 量 ； 其 弹 性 应 变 最 高 可达 1 2 %。 它 是 最 强 的 纤 维 ， 在 强 度 与 重 量 之

3、 比 方 面 ，这 种 纤 维 是 最 理 想 的 。 为 了 发 挥 纳 米 碳 管 优 异 的 力 学 性 能 ， 人 们 尝 试 将 其 添加 到 一 定 的 聚 合 物 基 体 中 ， 通 过 改 进 纳 米 碳 管 的 分 散和 界 面 结 合 性 以 期 获 得 最 佳 增 强 效 果 。 因 此 纳 米 碳 管的 各 种 复 合 材 料 应 用 非 常 广 泛 。 电 学 性 能 由 于 碳 纳 米 管 的 结 构 与 石 墨 的 片 层 结 构 相 同 ， 所以 具 有 很 好 的 电 学 性 能 。 理 论 预 测 其 导 电 性 能 取决 于 其 管 径 和 管 壁 的 螺

4、 旋 角 。 当 CNTs的 管 径 大 于6 mm时 ， 导 电 性 能 下 降 ； 当 管 径 小 于 6 mm时 ，CNTs可 以 被 看 成 具 有 良 好 导 电 性 能 的 一 维 量 子 导线 。 实 验 发 现 根 据 其 直 径 和 螺 旋 度 的 不 同 ， 它 既 可 以表 现 出 金 属 性 又 可 以 表 现 出 半 导 体 性 ， 所 以 纳 米碳 管 适 宜 于 制 备 晶 体 管 。 热 力 学 性 能 一 维 管 具 有 非 常 大 的 长 径 比 ， 因 而 大 量 热 是 沿 着长 度 方 向 传 递 的 ， 通 过 合 适 的 取 向 ， 这 种 管 子

5、 可以 合 成 高 各 向 异 性 材 料 。 虽 然 在 管 轴 平 行 方 向 的热 交 换 性 能 很 高 ， 但 在 其 垂 直 方 向 的 热 交 换 性 能较 低 。 适 当 排 列 碳 纳 米 管 可 得 到 非 常 高 的 各 向 异 性 热 传导 材 料 ， 如 今 后 计 算 机 芯 片 的 导 热 板 ， 也 可 用 作发 动 机 、 火 箭 等 各 种 高 温 部 件 的 防 护 材 料 。 吸 波 特 性 吸 波 材 料 是 指 能 吸 收 投 射 到 它 表 面 的 电 磁 波 能 量 ，并 通 过 材 料 的 介 质 损 耗 使 电 磁 波 能 量 转 化 为 热

6、 能或 其 它 形 式 的 能 量 而 消 耗 掉 。 纳 米 碳 管 薄 膜 对 红 光 和 红 外 激 光 有 良 好 的 吸 附 特性 。 因 此 用 纳 米 碳 管 作 成 的 物 体 对 微 波 雷 达 有 良好 的 隐 身 性 能 。 储 氢 性 能 目 前 普 遍 认 为 ： 纳 米 碳 管 的 吸 附 作 用 主 要 是 由 于 纳 米 粒 子碳 管 的 表 面 羟 基 作 用 。 纳 米 碳 管 表 面 存 在 的 羟 基 能 够 和 某些 阳 离 子 键 合 ， 从 而 达 到 表 观 上 对 金 属 离 子 或 有 机 物 产 生吸 附 作 用 ； 另 外 ， 纳 米 碳

7、 管 粒 子 具 有 大 的 比 表 面 积 ， 也 是纳 米 碳 管 吸 附 作 用 的 重 要 原 因 。 1 9 9 7 年 ， A. C. Dillon对 单 壁 碳 纳 米 管 (SWNT)的 储 氢 性 能 做了 研 究 ， SWNT在 0 时 ,储 氢 量 达 到 了 5 %。 DeLuchi指 出 :一 辆 燃 料 机 车 行 驶 5 0 0 km,消 耗 约 3 1 kg的 氢 气 ，以 现 有 的 油 箱 来 推 算 ， 需 要 氢 气 储 存 的 重 量 和 体 积 能 量 密度 达 到 6 5 %和 6 2 kg/m3 。 这 两 个 结 果 大 大 增 加 了 人 们

8、 对 碳 纳 米 管 储 氢 应 用 前 景 的 希 望 。 碳 纳 米 管 的 毒 性 碳 纳 米 管 的 肺 毒 性 尽 管 没 有 肺 毒 性 前 兆 ， 但 最 近 组 织 学 研 究发 现 有 肺 部 炎 症 和 肉 芽 肿 形 成 。 皮 肤 刺 激 目 前 关 于 皮 肤 刺 激 性 的 研 究 十 分 有 限 ， 结论 是 处 理 这 些 碳 纳 米 材 料 无 需 特 殊 防 护 。 碳 纳 米 管 的 细 胞 毒 性 碳 纳 米 管 的 生 物 相 容 性 与 神 经 细 胞 的 作 用 独 特 的 电 学 性 质 促 进 了 在 神 经 应 用（ 尤 其 神 经 突 增

9、长 ） 方 面 的 生 物 相 容 性 研 究 与 成 骨 细 胞 的 作 用 纳 米 级 可 促 进 成 骨 细 胞 粘 附 ， 而 成 纤 维 细胞 、 软 骨 细 胞 和 平 滑 肌 细 胞 在 高 能 上 粘 附性 降 低 ， 且 不 受 粒 径 影 响 。 抗 体 相 互 作 用 生 产 包 裹 抗 体 细 胞 探 针 及 药 物 传 递 工具 是 可 行 的 。 碳 纳 米 管 作 为 药 物 和 疫 苗 的 传 递 工 具 碳 纳 米 管 在 生 物 医 学 的 应 用生 物 电 驱 动 材 料 碳 管 生 物 复 合 材 料 的 可 控 电 驱 动 性 能 的 发 现 和 深

10、入 研究 ， 可 为 电 驱 动 材 料 在 人 工 肌 肉 、 仿 生 微 型 机 器 人 ，微 流 道 控 制 系 统 等 领 域 的 应 用 发 展 起 重 要 的 推 动 作 用 通 过 控 制 所 施 加 的 电 信 号 可 以 实 现 复 合 材 料 的 可 控 电 -驱 动 。 其 产 生 的 机 理 被 证 实 为 碳 纳 米 管 的 电 -热 能 量 转换 导 致 的 复 合 物 的 热 膨 胀 和 收 缩 。 悬 空 放 置 的 条 状 碳 纳 米 管 /壳 聚 糖 聚 合 物 薄 膜 在 电 压 关 (a)和 电 压 开 (b)的 条件 下 的 光 学 图 片 生 物 支

11、 架 材 料 对 商 品 化 的 单 壁 碳 纳 米 管 和 多 壁 碳 纳 米 管 进 行 了氧 化 或 纯 化 处 理 ,通 过 真 空 抽 滤 方 法 制 备 出 多 种SWCNTs和 MWCNTs支 架 材 料 。 在 医 学 方 面 做 成 超 微 纳 米 钳 ， 就 有 可 能 运 用 于 纳米 微 型 手 术 。 胞 内 靶 向 给 药 载 体 利 用 壳 聚 糖 (CHI)和 海 藻 酸 钠 (ALG)对 cut SWCNTs共同 进 行 非 共 价 修 饰 ,并 引 入 靶 向 分 子 叶 酸 和 蒽 环 类抗 癌 药 物 阿 霉 素 制 备 出 一 种 兼 具 靶 向 和 缓 释 效 果的 胞 内 给 药 载 体 体 系 。 具 有 载 药 率 高 、 靶 向 性 好 、 并 具 有 pH响 应 的 缓 释性 能 等 优 点 ,有 望 用 作 新 型 的 抗 肿 瘤 给 药 体 系 。 谢 谢 ！