專利名稱：一種水溶性和高生物相容性的碳納米管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水溶性和高生物相容性的碳納米管的制備方法，所屬技術(shù) 領(lǐng)域?yàn)椴牧稀⑸?、物理、化學(xué)等學(xué)科的交叉學(xué)科領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
于1991年被發(fā)現(xiàn)的碳納米管是一類具有完美石墨結(jié)構(gòu)的管形碳材料，直徑 一般從幾個(gè)納米到幾十個(gè)納米。碳納米管具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、電磁特性以及優(yōu) 異的力學(xué)性能，優(yōu)異的綜合性能在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域引起了極大研究興趣。然而， 工業(yè)上大規(guī)模合成的碳納米管往往含有包括催化劑和各種無定形碳在內(nèi)的各種 雜質(zhì)，這些催化劑和無定形碳使得碳納米管在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中會(huì)造成潛在的細(xì) 胞毒性。而且，由于碳納米管具有巨大的比表面積，相互之間存在十分強(qiáng)的團(tuán) 聚作用，碳納米管多以大量單根碳納米管并排形成的束狀形式存在，使得碳納 米管幾乎不溶于所有的溶劑，這極大地限制了碳納米管的實(shí)際應(yīng)用。此外非水 溶液分散和穩(wěn)定化的碳納米管不能直接在生物學(xué)環(huán)境下使用。因此，改善碳納 米管在水溶液中的分散性、穩(wěn)定性和生物相容性成為碳納米管在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 應(yīng)用中的重要問題。
目前實(shí)現(xiàn)碳納米管在水溶液中的分散性的方法有化學(xué)共價(jià)修飾和非共價(jià)修 飾方法兩大類。非共價(jià)修飾方法通過兩親性聚合物或小分子聚集體對碳納米管 的包裹而實(shí)現(xiàn)其溶解分散，這類方法所獲得的碳納米管溶解度小、穩(wěn)定性差， 所使用的，兩親性聚合物或小分子聚集體容易從碳納米管脫落，對生物分子造 成潛在的毒性?；瘜W(xué)共價(jià)修飾方法通過對碳納米管的側(cè)壁或開管后的端口進(jìn)行 共價(jià)衍生，實(shí)現(xiàn)其溶解分散或有效剝離，用大分子對碳納米管進(jìn)行修飾能提高 碳納米管溶解性，但大分子存在會(huì)顯著增加碳納米管的尺寸，特別是碳納米管 的直徑，從而影響其各種優(yōu)良性能，所有這些不利因素都極大地限制了碳納米 管的大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可應(yīng)用于對碳納米管進(jìn)行單分子層修飾，并顯著改 善碳納米管水溶性、穩(wěn)定性和生物相容性的水溶性和高生物相容性的碳納米管
的制備方法。
包括如下步驟
1) 1重量份干燥的碳納米管原料和O. 1 100重量份強(qiáng)氧化劑，以40 100
kHz超聲波處理O. 1 100hr后，加熱到20 200 °C，反應(yīng)0. 5 100hr，
以濾膜抽濾，反復(fù)洗滌多次至中性，O 180 。C真空干燥10 30hr后得到酸化
的碳納米管；
2) 加入步驟l)所得酸化的碳納米管1重量份和?；瘎? 100重量份，以 40 100 kHz超聲波處理10 1000 min后，加熱到20 200 °C，攪拌并回流下 反應(yīng)O. 5 100hr，抽濾并反復(fù)洗滌除去?；瘎?，得到酰化的碳納米管；
3) 加入步驟2)所得酰化碳納米管1重量份和多元醇或多元胺1 50重量份， 密封，反復(fù)抽充氮?dú)? 3次，以40 100kHz超聲波處理10 1000min后，在 20 200 t:下反應(yīng)1 20hr，抽濾，反復(fù)洗滌后，O 180 。C真空干燥，得到表 面帶有羥基或胺基的碳納米管；
4) 加入步驟3)所得表面帶有羥基或胺基的碳納米管1重量份和2-氯-2-氧合 -1,3,2-二氧磷雜環(huán)戊垸(COP) 1 50重量份，密封，反復(fù)抽充氮?dú)? 3次，以 40 100 kHz超聲波處理10 1000min后，在-20 200 。C下反應(yīng)1 20hr，抽濾，
洗滌后，O 180 。C真空干燥，得到表面帶有磷酰酯的碳納米管；
5) 加入0. 01 10重量份叔胺，再加入步驟4)所得的表面帶有磷酰酯的碳 納米管l重量份，溶劑O. 01 50重量份，密封后充氬氣或氮?dú)? 3次，在0 150 'C下進(jìn)行叔胺開環(huán)反應(yīng)0. 01 1000hr后，得到磷酸膽堿單分子層保護(hù)和修 飾改性的碳納米管，停止反應(yīng)，用水進(jìn)行稀釋，抽濾，洗滌，0 180 'C真空干 燥，得到的水溶性和高生物相容性的碳納米管。
所述碳納米管為催化熱解、電弧放電、模板法或激光蒸發(fā)方法制備的單壁 或多壁碳納米管，長徑比為500 5000。所述強(qiáng)氧化劑為O.l 70 wtX硝酸、 1:100 100:1摩爾比硝酸和硫酸混合溶液、1:100 100:1摩爾比高錳酸鉀和硫酸 混合溶液、1:100 100:1摩爾比高錳酸鉀和鹽酸混合溶液、1:100 100:1摩爾比 高錳酸鉀和硝酸混合溶液、1:100 100:1摩爾比過氧化氫和硫酸混合溶液、 1:100 100:1摩爾比過氧化氫和鹽酸混合溶液或者1:100 100:1摩爾比過氧化 氫和硝酸混合溶液。所述?；瘎┻x自三氯化磷、五氯化磷、亞硫酰氯、三溴化 磷、五溴化磷或亞硫酰溴。所述多元醇或多元胺為乙二醇、乙二胺、丙三醇、 丙三胺、1， 2-丙二醇，1， 2-丙二胺、1， 3-丙二醇、1， 3-丙二胺、1， 4-丁二醇、 1， 4-丁二胺、1， 2-丁二醇、1， 2-丁二胺、1， 3-丁二醇、1， 3-丁二胺、丁三醇、 丁三胺、聚乙二醇或聚乙二胺。所述一種水溶性和高生物相容性的碳納米管的 制備方法，其特征在于所述開環(huán)用的叔胺試劑為三甲胺、三乙胺、三丙胺、三 丁胺、三辛胺、N， N-二甲基芐胺、N， N-二乙基芐胺、N， N-二丙基芐胺、N， N-二甲基苯胺、三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺。 本發(fā)明與現(xiàn)有技述相比具有的有益效果
1、 經(jīng)磷酸膽堿單分子層修飾的碳納米管具有良好的生物相容性；
2、 經(jīng)磷酸膽堿單分子層修飾的碳納米管在寬pH范圍和鹽濃度下都具有優(yōu) 異的分散性和穩(wěn)定性；
3、 經(jīng)磷酸膽堿單分子層修飾的碳納米管化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能適應(yīng)人體的內(nèi)環(huán)
境；
4、 所用表面改性劑為小分子化合物，在碳納米管表面形成單分子層保護(hù)層， 不會(huì)改變碳納米管的尺寸，不會(huì)影響其性能。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明公開了一種水溶性和高生物相容性的碳納米管的制備方法。該方法 首先對碳納米管通過強(qiáng)氧化劑處理在碳納米管的表面引入羧基，然后用?；?劑將羧基轉(zhuǎn)化為酰氯，再加入多元醇或者多元胺進(jìn)行轉(zhuǎn)化，獲得表面含羥基或 者氨基的碳納米管，接著用2-氯-2-氧合-l,3，2-二氧磷雜環(huán)戊垸(COP)與碳納米 管表面的羥基或者氨基鍵合，然后用叔胺進(jìn)行開環(huán)，從而轉(zhuǎn)化為水溶性和高生 物相容性的磷酸膽堿基團(tuán)，得到磷酸膽堿單分子層保護(hù)和修飾改性的碳納米管。 這種方法可顯著增強(qiáng)碳納米管在水中的溶解性、穩(wěn)定性和高生物相容性。
實(shí)施例1
1) 制備羧基化的多壁碳納米管(MWNT-COOH):在250ml的燒瓶中加入 5g多壁碳納米管和100ml的濃硝酸，進(jìn)行超聲處理30min。然后，在磁力攪拌 下回流24h。反應(yīng)后，將回流后的液體冷卻至室溫，然后轉(zhuǎn)移至大燒杯，并用 200 ml去離子水進(jìn)行稀釋，以結(jié)束反應(yīng)。稀釋后的液體用0.22ym微孔濾膜進(jìn) 行真空抽濾，并用蒸餾水洗至濾液呈中性。收集濾紙上的產(chǎn)物，在60 。C真空烘 箱干燥12h，得到羧基化的多壁碳納米管(MWNT-COOH)。紅外結(jié)果證實(shí)所制 得的產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)果。
2) 制備羥基化的多壁碳納米管(MWNT-OH):將4.5 g干燥后的 MWNT-COOH和100 ml亞硫酰氯加入至250 ml三頸瓶中在65 。C下攪拌24 h， 減壓抽干溶劑。在得到的干燥的MWNT-C0C1中加入200 ml無水乙二醇在120 t:下攪拌48 h。產(chǎn)物純化和后處理產(chǎn)物用0.22um微孔濾膜進(jìn)行過濾。然后 用四氫呋喃(THF)洗5 6遍。收集濾紙上的產(chǎn)物，在60匸真空烘箱干燥12h。 得到4.4 g羥基化的多壁碳納米管(MWNT-OH)。紅外結(jié)果證實(shí)所制得的產(chǎn)物具 有預(yù)期的結(jié)果。
3) 制備磷酸膽堿單分子層修飾的多壁碳納米管(MWNT-PC):在配備了恒
壓滴液漏斗、磁力攪拌器和冰鹽浴的100 ml三口燒瓶中，加入0.5 g干燥后的 MWNT—OH，再加入50 ml乙腈和7 ml三乙胺。在恒壓滴液漏斗中加入5 mlCOP 和20ml乙腈，在一18 。C下慢慢滴加到三口燒瓶中，滴完后，撤掉冰鹽浴繼續(xù) 反應(yīng)48h。反應(yīng)結(jié)束后，抽濾洗滌，最后，加入30ml乙腈，轉(zhuǎn)到聚合管中，加 3ml三甲胺，封管后于55 。C下反應(yīng)48小時(shí)。反應(yīng)后的產(chǎn)物用0.22 " m微孔濾 膜進(jìn)行真空抽濾。收集濾紙上的產(chǎn)物，在60 。C真空烘箱干燥12h，得到磷酸膽 堿單分子層修飾的碳納米管(MWNT-PC)。紅外結(jié)果證實(shí)所制得的產(chǎn)物具有預(yù) 期的結(jié)果。
4) 血液相容性評價(jià)
復(fù)鈣化時(shí)間(PRT)測定在硅化試管中，加入0.1ml已預(yù)熱至37 。C的血 漿和0.1 ml已預(yù)熱至37 °C的lmg/ ml的MWNT—PC，孵育1分鐘后加入0.1 ml 已預(yù)熱至37 °C的0.025 M的CaC12溶液，同時(shí)開動(dòng)秒表計(jì)時(shí)，將一根不銹鋼小 鉤伸入溶液中均勻緩慢的攪動(dòng)，并檢查是否有纖維蛋白形成，記錄小鉤上剛開 始出現(xiàn)絲狀物的時(shí)間，此時(shí)間即復(fù)鈣化時(shí)間(PRT)，每個(gè)樣品重復(fù)測6次，取 平均值。
凝血酶原時(shí)間(PT)測定每支含鈣凝血活酶加5.5 ml生理鹽水，搖勻溶 解，置于37 X:水浴中預(yù)熱備用。將已預(yù)熱至37 。C的人體抗凝血漿0.1ml和已 預(yù)熱至37 。C的lmg/ml的MWNT—PC 0.1 ml加入硅化試管中，孵育1分鐘后 加入含鈣凝血活酶溶液O.lml，同時(shí)開動(dòng)秒表計(jì)時(shí)，將一根不銹鋼小鉤伸入溶液 中均勻緩慢的攪動(dòng)，并檢查是否有纖維蛋白形成，記錄小鉤上剛開始出現(xiàn)絲狀 物的時(shí)間，此時(shí)間即凝血酶原時(shí)間(PT)，每個(gè)樣品重復(fù)測6次，取平均值。
PRT和PT結(jié)果表明，所制備的磷酸膽堿單分子層修飾的碳納米管有良好的 血液相容性。
1)制備羧基化的多壁碳納米管(MWNT-COOH):在250ml的燒瓶中加入 5 g多壁碳納米管和250 ml的濃硝酸，進(jìn)行超聲處理2h。然后，在磁力攪拌下 回流24h。反應(yīng)后，將回流后的液體冷卻至室溫，然后轉(zhuǎn)移至大燒杯，并用200 ml去離子水進(jìn)行稀釋，以結(jié)束反應(yīng)。稀釋后的液體用0.22um微孔濾膜進(jìn)行真 空抽濾，并用蒸餾水洗至濾液呈中性。收集濾紙上的產(chǎn)物，在30 。C真空烘箱干 燥20h，得到羧基化的多壁碳納米管(MWNT-COOH)。紅外結(jié)果證實(shí)所制得的 產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)果。
2) 制備羥基化的多壁碳納米管(MWNT-OH):將4.5 g干燥后的 MWNT-COOH和40 ml三氯化磷加入至250 ml三頸瓶中在65 。C下攪拌24 h， 減壓抽干溶劑。在得到的干燥的MWNT-COC1中加入200 ml無水乙二醇在80 °C 下攪拌48 h。產(chǎn)物純化和后處理產(chǎn)物用0.22um微孔濾膜進(jìn)行過濾。然后用 四氫呋喃(THF)洗5 6遍。收集濾紙上的產(chǎn)物，在100 。C真空烘箱干燥12 h。 得到4.4 g羥基化的多壁碳納米管(MWNT-OH)。紅外結(jié)果證實(shí)所制得的產(chǎn)物具 有預(yù)期的結(jié)果。
3) 制備磷酸膽堿單分子層修飾的多壁碳納米管(MWNT-PC):在配備了恒 壓滴液漏斗、磁力攪拌器和冰鹽浴的100 ml三口燒瓶中，加入0.5 g干燥后的 MWNT—OH，再加入50 ml乙腈和5 ml三乙胺。在恒壓滴液漏斗中加入3.3 mlCOP禾B20ml乙月青，在一18 。C下慢慢滴加到三口燒瓶中，滴完后，撤掉冰鹽 浴繼續(xù)反應(yīng)48h。反應(yīng)結(jié)束后，抽濾洗滌，最后，加入30ml乙腈，轉(zhuǎn)到聚合管 中，加3 ml三甲胺，封管后于30 。C下反應(yīng)2小時(shí)。反應(yīng)后的產(chǎn)物用0.22"m 微孔濾膜進(jìn)行真空抽濾。收集濾紙上的產(chǎn)物，在60 。C真空烘箱干燥24h，得到 磷酸膽堿單分子層修飾的碳納米管(MWNT-PC)。紅外結(jié)果證實(shí)所制得的產(chǎn)物 具有預(yù)期的結(jié)果。
4) 血液相容性評價(jià)同實(shí)施例l。
PRT和PT結(jié)果表明，所制備的磷酸膽堿單分子層修飾的碳納米管有良好的 血液相容性。 實(shí)施例3
1) 制備羧基化的多壁碳納米管(MWNT-COOH):在250ml的燒瓶中加入 5 g多壁碳納米管和30 ml的濃硝酸，進(jìn)行超聲處理48h。然后，在磁力攪拌下 回流80h。反應(yīng)后，將回流后的液體冷卻至室溫，然后轉(zhuǎn)移至大燒杯，并用200 ml去離子水進(jìn)行稀釋，以結(jié)束反應(yīng)。稀釋后的液體用0.22wm微孔濾膜進(jìn)行真 空抽濾，并用蒸餾水洗至濾液呈中性。收集濾紙上的產(chǎn)物，在120 。C真空烘箱 干燥10h，得到羧基化的多壁碳納米管(MWNT-COOH)。紅外結(jié)果證實(shí)所制得 的產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)果。
2) 制備羥基化的多壁碳納米管(MWNT-OH):將4.5 g干燥后的 MWNT-COOH和25 ml五溴化磷加入至250 ml三頸瓶中在150 "C下攪拌4 h， 減壓抽干溶劑。在得到的干燥的MWNT-COBr中加入200ml無水乙二醇在80 °C 下攪拌48 h。產(chǎn)物純化和后處理產(chǎn)物用0.22um微孔濾膜進(jìn)行過濾。然后用 四氫呋喃(THF)洗5 6遍。收集濾紙上的產(chǎn)物，在100 。C真空烘箱干燥12 h。
得到4.4 g羥基化的多壁碳納米管(MWNT-OH)。紅外結(jié)果證實(shí)所制得的產(chǎn)物具
有預(yù)期的結(jié)果。
3) 制備磷酸膽堿單分子層修飾的多壁碳納米管(MWNT-PC):在配備了恒 壓滴液漏斗、磁力攪拌器和冰鹽浴的100 ml三口燒瓶中，加入0.5 g干燥后的 MWNT—OH，再加入70 ml乙腈和20 ml三乙胺。在恒壓滴液漏斗中加入15 mlCOP和20ml乙腈，在_18 。C下慢慢滴加到三口燒瓶中，滴完后，撤掉冰鹽 浴繼續(xù)反應(yīng)48h。反應(yīng)結(jié)束后，抽濾洗滌，最后，加入30ml乙腈，轉(zhuǎn)到聚合管 中，加3 ml三甲胺，封管后于30 。C下反應(yīng)2小時(shí)。反應(yīng)后的產(chǎn)物用0.22um 微孔濾膜進(jìn)行真空抽濾。收集濾紙上的產(chǎn)物，在60 t:真空烘箱干燥24h，得到 磷酸膽堿單分子層修飾的碳納米管(MWNT-PC)。紅外結(jié)果證實(shí)所制得的產(chǎn)物 具有預(yù)期的結(jié)果。
4) 血液相容性評價(jià)同實(shí)施例l。
PRT和PT結(jié)果表明，所制備的磷酸膽堿單分子層修飾的碳納米管有良好的
血液相容性。
1) 制備羧基化的多壁碳納米管(MWNT-COOH):同實(shí)施例1。紅外結(jié)果 證實(shí)所制得的產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)果。
2) 制備羥基化的多壁碳納米管(MWNT-OH):將4.5 g干燥后的 MWNT-COOH和25 ml三溴化磷加入至250 ml三頸瓶中在150 。C下攪拌4 h， 減壓抽干溶劑。在得到的干燥的MWNT-COBr中加入200 ml無水丙三醇在80 °C 下攪拌48 h。產(chǎn)物純化和后處理產(chǎn)物用0.22um微孔濾膜進(jìn)行過濾。然后用 四氫呋喃(THF)洗5 6遍。收集濾紙上的產(chǎn)物，在100 。C真空烘箱干燥12 h。 得到4.4g羥基化的多壁碳納米管(MWNT-OH)。紅外結(jié)果證實(shí)所制得的產(chǎn)物具 有預(yù)期的結(jié)果。
3) 制備磷酸膽堿單分子層修飾的多壁碳納米管(MWNT-PC):同實(shí)施例3。 紅外結(jié)果證實(shí)所制得的產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)果。
4) 血液相容性評價(jià)同實(shí)施例l。
PRT和PT結(jié)果表明，所制備的磷酸膽堿單分子層修飾的碳納米管有良好的 血液相容性。
1)制備羧基化的多壁碳納米管(MWNT-COOH):同實(shí)施例1。紅外結(jié)果 證實(shí)所制得的產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)果。
實(shí)施例52) 制備氨基化的多壁碳納米管(MWNT-NH2):將4.5 g干燥后的 M麗T-COOH和25 ml三溴化磷加入至250 ml三頸瓶中在150 。C下攪拌4 h， 減壓抽干溶劑。在得到的干燥的MWNT-COBr中加入200 ml無水乙二胺在80 °C 下攪拌48 h。產(chǎn)物純化和后處理產(chǎn)物用0.22um微孔濾膜進(jìn)行過濾。然后用 四氫呋喃(THF)洗5 6遍。收集濾紙上的產(chǎn)物，在100匸真空烘箱干燥12h。 得到4.4g羥基化的多壁碳納米管(MWNT-NH2)。紅外結(jié)果證實(shí)所制得的產(chǎn)物 具有預(yù)期的結(jié)果。
3) 制備磷酸膽堿單分子層修飾的多壁碳納米管(MWNT-PC):同實(shí)施例1。 紅外結(jié)果證實(shí)所制得的產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)果。
4) 血液相容性評價(jià)同實(shí)施例l。
PRT和PT結(jié)果表明，所制備的磷酸膽堿單分子層修飾的碳納米管有良好的
血液相容性。 實(shí)施例6
1) 制備羧基化的多壁碳納米管(MWNT-COOH):同實(shí)施例1。紅外結(jié)果 證實(shí)所制得的產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)果。
2) 制備氨基化的多壁碳納米管(MWNT-NH2):將4.5 g干燥后的 MWNT-COOH和10 ml亞硫酰氯加入至250 ml三頸瓶中在150 。C下攪拌4 h， 減壓抽干溶劑。在得到的干燥的MWNT-COCl中加入200 ml無水l， 3-丁二胺 在80 "C下攪拌48 h。產(chǎn)物純化和后處理產(chǎn)物用0.22 " m微孔濾膜進(jìn)行過濾。 然后用四氫呋喃(THF)洗5 6遍。收集濾紙上的產(chǎn)物，在IOO 'C真空烘箱干 燥12h。得到4.4g羥基化的多壁碳納米管(MWNT-NH2)。紅外結(jié)果證實(shí)所制 得的產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)果。
3) 制備磷酸膽堿單分子層修飾的多壁碳納米管(MWNT-PC):同實(shí)施例2。 紅外結(jié)果證實(shí)所制得的產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)果。
4) 血液相容性評價(jià)同實(shí)施例l。
PRT和PT結(jié)果表明，所制備的磷酸膽堿單分子層修飾的碳納米管有良好的 血液相容性。 實(shí)施例7
1) 制備羧基化的多壁碳納米管(MWNT-COOH):同實(shí)施例1。紅外結(jié)果 證實(shí)所制得的產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)果。
2) 制備羥基化的多壁碳納米管(MWNT-OH):同實(shí)施例l。紅外結(jié)果證實(shí)
所制得的產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)果。
3) 制備磷酸膽堿單分子層修飾的多壁碳納米管(MWNT-PC):在配備了恒
壓滴液漏斗、磁力攪拌器和冰鹽浴的100 ml三口燒瓶中，加入0.5 g干燥后的 MWNT—OH，再加入50 ml乙腈和7 ml三乙胺。在恒壓滴液漏斗中加入5 mlCOP 和20ml乙腈，在一18 r下慢慢滴加到三口燒瓶中，滴完后，撤掉冰鹽浴繼續(xù) 反應(yīng)48h。反應(yīng)結(jié)束后，抽濾洗滌，最后，加入30ml乙腈，轉(zhuǎn)到聚合管中，加 5ml三乙胺，封管后于55 t:下反應(yīng)48小時(shí)。反應(yīng)后的產(chǎn)物用0.22 u m微孔濾 膜進(jìn)行真空抽濾。收集濾紙上的產(chǎn)物，在60 。C真空烘箱干燥12h，得到磷酸膽 堿單分子層修飾的碳納米管(MWNT-PC)。紅外結(jié)果證實(shí)所制得的產(chǎn)物具有預(yù) 期的結(jié)果。
4) 血液相容性評價(jià)同實(shí)施例l。
PRT和PT結(jié)果表明，所制備的磷酸膽堿單分子層修飾的碳納米管有良好的 血液相容性。 實(shí)施例8
1) 制備羧基化的多壁碳納米管(MWNT-COOH):同實(shí)施例3。紅外結(jié)果 證實(shí)所制得的產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)果。
2) 制備氨基化的多壁碳納米管(MWNT-OH):同實(shí)施例6。紅外結(jié)果證實(shí) 所制得的產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)果。
3) 制備磷酸膽堿單分子層修飾的多壁碳納米管(MWNT-PC):在配備了恒 壓滴液漏斗、磁力攪拌器和冰鹽浴的100 ml三口燒瓶中，加入0.5 g干燥后的 MWNT—0H，再加入50 ml乙腈和7 ml三乙胺。在恒壓滴液漏斗中加入5 mlCOP 和20ml乙腈，在一18 。C下慢慢滴加到三口燒瓶中，滴完后，撤掉冰鹽浴繼續(xù) 反應(yīng)48h。反應(yīng)結(jié)束后，抽濾洗漆，最后，加入30ml乙腈，轉(zhuǎn)到聚合管中，加 5ml三乙醇胺，封管后于55 。C下反應(yīng)48小時(shí)。反應(yīng)后的產(chǎn)物用0.22 n m微孔 濾膜進(jìn)行真空抽濾。收集濾紙上的產(chǎn)物，在60 。C真空烘箱干燥12h，得到磷酸 膽堿單分子層修飾的碳納米管(MWNT-PC)。紅外結(jié)果證實(shí)所制得的產(chǎn)物具有 預(yù)期的結(jié)果。
4) 血液相容性評價(jià)同實(shí)施例l。
PRT和PT結(jié)果表明，所制備的磷酸膽堿單分子層修飾的碳納米管有良好的 血液相容性。 實(shí)施例9
1)制備羧基化的多壁碳納米管(MWNT-COOH):同實(shí)施例1。紅外結(jié)果 證實(shí)所制得的產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)果。
2) 制備氨基化的多壁碳納米管(MWNT-OH):同實(shí)施例5。紅外結(jié)果證實(shí)
所制得的產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)果。
3) 制備磷酸膽堿單分子層修飾的多壁碳納米管(MWNT-PC):在配備了恒 壓滴液漏斗、磁力攪拌器和冰鹽浴的100 ml三口燒瓶中，加入0.5 g干燥后的 MWNT—OH，再加入50 ml乙腈和7 ml三乙胺。在恒壓滴液漏斗中加入5 mlCOP 和20ml乙腈，在一18 。C下慢慢滴加到三口燒瓶中，滴完后，撤掉冰鹽浴繼續(xù) 反應(yīng)48h。反應(yīng)結(jié)束后，抽濾洗滌，最后，加入30ml乙腈，轉(zhuǎn)到聚合管中，加 5mlN,N-二甲基乙醇胺，封管后于55 。C下反應(yīng)48小時(shí)。反應(yīng)后的產(chǎn)物用0.22 lim微孔濾膜進(jìn)行真空抽濾。收集濾紙上的產(chǎn)物，在60 。C真空烘箱干燥12h， 得到磷酸膽堿單分子層修飾的碳納米管(MWNT-PC)。紅外結(jié)果證實(shí)所制得的 產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)果。
4) 血液相容性評價(jià)同實(shí)施例l。
PRT和PT結(jié)果表明，所制備的磷酸膽堿單分子層修飾的碳納米管有良好的
血液相容性。 實(shí)施例10
1) 制備羧基化的多壁碳納米管(MWNT-COOH):同實(shí)施例1。紅外結(jié)果 證實(shí)所制得的產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)果。
2) 制備羥基化的多壁碳納米管(MWNT-OH):同實(shí)施例l。紅外結(jié)果證實(shí) 所制得的產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)果。
3) 制備磷酸膽堿單分子層修飾的多壁碳納米管(MWNT-PC):在配備了恒 壓滴液漏斗、磁力攪拌器和冰鹽浴的100 ml三口燒瓶中，加入0.5 g干燥后的 MWNT—OH，再加入50 ml乙腈和7 ml三乙胺。在恒壓滴液漏斗中加入5 mlCOP 和20ml乙腈，在一18 。C下慢慢滴加到三口燒瓶中，滴完后，撤掉冰鹽浴繼續(xù) 反應(yīng)48h。反應(yīng)結(jié)束后，抽濾洗滌，最后，加入30ml乙腈，轉(zhuǎn)到聚合管中，加 5mlN， N-二甲基芐胺，封管后于55 "C下反應(yīng)48小時(shí)。反應(yīng)后的產(chǎn)物用0.22 ym微孔濾膜進(jìn)行真空抽濾。收集濾紙上的產(chǎn)物，在60 "C真空烘箱干燥12h， 得到磷酸膽堿單分子層修飾的碳納米管(MWNT-PC)。紅外結(jié)果證實(shí)所制得的 產(chǎn)物具有預(yù)期的結(jié)果。
4) 血液相容性評價(jià)同實(shí)施例l。
PRT和PT結(jié)果表明，所制備的磷酸膽堿單分子層修飾的碳納米管有良好的 血液相容性。
權(quán)利要求
1.一種水溶性和高生物相容性的碳納米管的制備方法，其特征在于包括如下步驟1)1重量份干燥的碳納米管原料和0.1～100重量份強(qiáng)氧化劑，以40～100kHz超聲波處理0.1～100hr后，加熱到20～200℃，反應(yīng)0.5～100hr，以濾膜抽濾，反復(fù)洗滌多次至中性，0～180℃真空干燥10～30hr后得到酸化的碳納米管；2)加入步驟1)所得酸化的碳納米管1重量份和?；瘎?～100重量份，以40～100kHz超聲波處理10～1000min后，加熱到20～200℃，攪拌并回流下反應(yīng)0.5～100hr，抽濾并反復(fù)洗滌除去?；瘎?，得到酰化的碳納米管；3)加入步驟2)所得酰化碳納米管1重量份和多元醇或多元胺1～50重量份，密封，反復(fù)抽充氮?dú)?～3次，以40～100kHz超聲波處理10～1000min后，在20～200℃下反應(yīng)1～20hr，抽濾，反復(fù)洗滌后，0～180℃真空干燥，得到表面帶有羥基或胺基的碳納米管；4)加入步驟3)所得表面帶有羥基或胺基的碳納米管1重量份和2-氯-2-氧合-1，3，2-二氧磷雜環(huán)戊烷1～50重量份，密封，反復(fù)抽充氮?dú)?～3次，以40～100kHz超聲波處理10～1000min后，在-20～200℃下反應(yīng)1～20hr，抽濾，洗滌后，0～180℃真空干燥，得到表面帶有磷酰酯的碳納米管；5)加入0.01～10重量份叔胺，再加入步驟4)所得的表面帶有磷酰酯的碳納米管1重量份，溶劑0.01～50重量份，密封后充氬氣或氮?dú)?～3次，在0～150℃下進(jìn)行叔胺開環(huán)反應(yīng)0.01～1000hr后，得到磷酸膽堿單分子層保護(hù)和修飾改性的碳納米管，停止反應(yīng)，用水進(jìn)行稀釋，抽濾，洗滌，0～180℃真空干燥，得到的水溶性和高生物相容性的碳納米管。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種水溶性和高生物相容性的碳納米管的制備方法， 其特征在于所述碳納米管為催化熱解、電弧放電、模板法或激光蒸發(fā)方法制備 的單壁或多壁碳納米管，長徑比為500 5000。
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述一種水溶性和高生物相容性的碳納米管的制備方法, 其特征在于所述強(qiáng)氧化劑為O.l 70 wt^硝酸、1:100 100:1摩爾比硝酸和硫酸 混合溶液、1:100 100:1摩爾比高錳酸鉀和硫酸混合溶液、1:100 100:1摩爾比 高錳酸鉀和鹽酸混合溶液、1:100 100:1摩爾比高錳酸鉀和硝酸混合溶液、 1:100 100:1摩爾比過氧化氫和硫酸混合溶液、1:100 100:1摩爾比過氧化氫和 鹽酸混合溶液或者1:100 100:1摩爾比過氧化氫和硝酸混合溶液。
4，根據(jù)權(quán)利要求1所述一種水溶性和高生物相容性的碳納米管的制備方法， 其特征在于所述?；瘎┻x自三氯化磷、五氯化磷、亞硫酰氯、三溴化磷、五溴 化磷或亞硫酰溴。
5，根據(jù)權(quán)利要求1所述一種水溶性和高生物相容性的碳納米管的制備方法， 其特征在于所述多元醇或多元胺為乙二醇、乙二胺、丙三醇、丙三胺、1， 2-丙 二醇，1， 2-丙二胺、1， 3-丙二醇、1， 3-丙二胺、1， 4-丁二醇、1， 4-丁二胺、 1， 2-丁二醇、1， 2-丁二S安、1， 3-丁二醇、1， 3-丁二胺、丁三醇、丁三胺、聚乙二醇或聚乙二胺。
6，根據(jù)權(quán)利要求1所述一種水溶性和高生物相容性的碳納米管的制備方法， 其特征在于所述開環(huán)用的叔胺試劑為三甲胺、三乙胺、三丙胺、三丁胺、三辛 胺、N， N-二甲基芐胺、N， N-二乙基芐胺、N, N-二丙基節(jié)胺、N， N-二甲基 苯胺、三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水溶性和高生物相容性的碳納米管的制備方法。首先對碳納米管通過強(qiáng)氧化劑處理在碳納米管的表面引入羧基，然后用?；噭Ⅳ然D(zhuǎn)化為酰氯，再加入多元醇或者多元胺進(jìn)行轉(zhuǎn)化，獲得表面含羥基或者氨基的碳納米管，接著用2-氯-2-氧合-1，3，2-二氧磷雜環(huán)戊烷與碳納米管表面的羥基或者氨基鍵合，然后用叔胺進(jìn)行開環(huán)，轉(zhuǎn)化為水溶性和高生物相容性的磷酸膽堿基團(tuán)，得到磷酸膽堿單分子層保護(hù)和修飾改性的碳納米管。本發(fā)明簡單易行，可控性強(qiáng)，所得產(chǎn)品在水中表現(xiàn)出良好的溶解性、穩(wěn)定性和高生物相容性。本發(fā)明制備的碳納米管作為生物納米材料在藥物緩釋、基因傳遞、生物分子診斷和檢測、生物分子分離、生物傳感器等領(lǐng)域中有著巨大的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C01B31/02GK101177262SQ20071015655
公開日2008年5月14日 申請日期2007年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月8日
發(fā)明者徐建平, 沈家驄, 竺磊澤, 劍 計(jì), 橋 金 申請人:浙江大學(xué)