本文關鍵詞：還原氧化石墨烯膜的可控制備及生物相容性的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：作為具有sp~2碳雜化骨架結構的二維晶體,石墨烯的發(fā)現(xiàn)在納米材料界引發(fā)了一系列熱點研究,被認為是所有石墨家族成員的鼻祖。同一維碳納米管相比,石墨烯擁有更大的表面積(2630 m2/g)、大的載流子遷移率(1.5×104 cm2V-1s-1)和優(yōu)異的力學性質(拉伸強度可達130 GPa),在眾多領域顯示出了廣闊的應用前景。隨著對石墨烯研究的逐步深入,近年來有關石墨烯的生物相容性以及在生物醫(yī)學方面應用也引起了科學工作者的關注。適用領域可廣泛涵蓋腫瘤光熱療、藥物輸運、生物傳感器、組織工程等。此外,石墨烯材料所呈現(xiàn)出來的抗微生物活性的特點使得它在環(huán)保和相關醫(yī)療衛(wèi)生領域也具有潛在的應用研究價值。同其它納米材料一樣,石墨烯材料從基礎研究到商業(yè)化的演變進程中也遇到諸如難以操控和加工等一系列瓶頸。因此如何打造擁有石墨烯獨特性能的同時,具有宏觀三維(3D)結構的特點,是目前石墨烯基材料研究的熱點之一。目前,以石墨烯材料(如本征石墨烯納米片、單層/少層石墨烯膜、氧化石墨烯薄片等)為模塊,科學工作者已經(jīng)研究構造了多種3D結構的石墨烯材料,包括氧化石墨烯(GO)/還原氧化石墨烯(rGO)膜、水凝膠、泡沫等。這類材料具有良好的力學、電學、光學和生物學性質,因此可以廣泛應用于復合材料以及電池、超級電容器、電子器件、傳感器、水處理和組織工程支架等。還原氧化石墨烯膜(rGOF)是一類由功能化的石墨烯片構筑的、具有層狀結構的類紙質材料,有時也稱為石墨烯紙(膜厚度至少在1微米以上)。目前制備rGOF的方法大體可劃分為兩類:一類是氧化石墨烯膜(GOF)的熱/光/化學還原,一類是基于石墨烯片的真空抽濾、電泳沉積、層層自組裝、氣-液界面熱蒸發(fā)自組織定向成膜等,其中石墨烯片通常是氧化石墨烯片經(jīng)過還原處理制得的。上述兩類方法中以GOF高溫熱處理還原、GO還原劑還原最為常見。在還原劑還原法中,主要采用肼類、金屬氫化物、活潑金屬、還原性酸或酚,這些還原劑普遍存在致毒、價格偏高、可能會影響到產(chǎn)物的柔韌性能的問題,尤其在生物醫(yī)用方面可能帶來的毒性尚不明確;GOF在加熱過程中,石墨烯片表面及邊緣的含氧官能基團,例如環(huán)氧基、羧基、羰基等會發(fā)生分解,以CO2、CO和H2O等小分子形式釋放出來,從而實現(xiàn)去氧化的過程,在此過程中實現(xiàn)結構及性能的恢復。但是高溫加熱處理存在一個問題,即作為自支撐膜,在加熱過程中,石墨烯膜易出現(xiàn)層片結構被破壞從而難以維持類膜狀的形貌結構特點;而在較低溫度(例如200℃左右)下加熱GOF,表面也出現(xiàn)了宏觀褶皺、起皮、金屬光澤度下降等情況。本文提出一種低溫、分步階梯加熱方法,用以制備高質量的rGOF。所提出的方法具有產(chǎn)率高、簡單易操作的特點,還原溫度低、無需添加額外的還原劑和保護氣體,安全性好而且對環(huán)境無污染等優(yōu)點。首先采用改進的Hummer方法制備氧化石墨膠體,采用滴涂技術,以聚丙烯離心管、聚苯乙烯板、玻璃培養(yǎng)皿以及高純度玻璃圓片作為基底,溫度區(qū)間選取60、120、180℃,每個區(qū)間加熱時間約為12h。所制備的rGOF具有表面光滑、金屬光澤、膜連續(xù)的特點;接著調整了加熱方式、GO膠體濃度、GO膠體用量等參數(shù),研究了rGOF表面形貌、表面化學狀態(tài)以及膜表面力學性能的變化規(guī)律,實現(xiàn)了rGOF在不同基底上的可控制備。對于上述rGOF,選取以聚丙烯離心管和玻璃培養(yǎng)皿為基底制備的石墨烯膜進行生物相容性的分析,研究兩種厚度的rGOF的細胞相容性和抗菌活性。選用人成骨細胞Cal72進行細胞粘附測試,分別測定了rGOF正反兩面對細胞的相容性;選用大腸桿菌以及金黃色葡萄糖菌進行抗菌性分析。實驗結果表明,所制備的rGOF既具有細胞相容性又具有一定的抗菌性,是一種具有潛在應用前景的石墨烯基膜材料。
【關鍵詞】：還原氧化石墨烯膜 細胞相容性 抗菌性
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2;O613.71
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-27
• 1.1 石墨烯概述11-16
• 1.1.1 石墨烯的制備11-14
• 1.1.2 石墨烯的性質14-16
• 1.2 石墨烯材料的分類16-17
• 1.3 還原氧化石墨烯膜的概念17-18
• 1.4 還原氧化石墨烯膜的制備方法18-23
• 1.4.1 氧化石墨烯膜的還原法制備19-22
• 1.4.2 真空抽濾方法22-23
• 1.5 石墨烯的生物學性質23-24
• 1.6 還原氧化石墨烯膜的應用前景24
• 1.7 本論文的研究意義和主要內容24-27
• 第二章 還原氧化石墨烯膜的表征方法27-33
• 2.1 還原氧化石墨烯膜的宏觀結構及形貌的表征27
• 2.2 還原氧化石墨烯膜的微觀結構表征27-30
• 2.3 還原氧化石墨烯膜的微觀形貌表征30-31
• 2.4 還原氧化石墨烯膜的表面親水/疏水性質31
• 2.5 還原氧化石墨烯膜的細胞相容性31-32
• 2.6 還原氧化石墨烯膜的抗菌性32-33
• 第三章 改進的熱還原方法33-39
• 3.1 采用改進的熱還原方法制備石墨烯膜33-35
• 3.2 還原氧化石墨烯膜的成膜機理35-37
• 3.3 本章小結37-39
• 第四章 還原氧化石墨烯膜的制備及表征39-53
• 4.1 在不同基底上制備還原氧化石墨烯膜及膜的表征39-46
• 4.2 具有不同厚度的還原氧化石墨烯膜的制備及膜的表征46-50
• 4.3 本章小結50-53
• 第五章 還原氧化石墨烯膜生物相容性的研究53-59
• 5.1 生物相容性的概念53-54
• 5.2 石墨烯納米材料生物相容性的研究進展54-55
• 5.3 還原氧化石墨烯膜的生物相容性的研究55-58
• 5.3.1 還原氧化石墨烯膜的細胞相容性55-57
• 5.3.2 還原氧化石墨烯膜的抗菌性能57-58
• 5.4 本章小結58-59
• 第六章 結論59-61
• 參考文獻61-71
• 科研成果71-73
• 致謝73

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