本文關(guān)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(jié)構(gòu)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(diǎn)研究,被認(rèn)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(xué)性質(zhì)(拉伸強(qiáng)度可達(dá)130 GPa),在眾多領(lǐng)域顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。隨著對石墨烯研究的逐步深入,近年來有關(guān)石墨烯的生物相容性以及在生物醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用也引起了科學(xué)工作者的關(guān)注。適用領(lǐng)域可廣泛涵蓋腫瘤光熱療、藥物輸運(yùn)、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(diǎn)使得它在環(huán)保和相關(guān)醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域也具有潛在的應(yīng)用研究價值。同其它納米材料一樣,石墨烯材料從基礎(chǔ)研究到商業(yè)化的演變進(jìn)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(dú)特性能的同時,具有宏觀三維(3D)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),是目前石墨烯基材料研究的熱點(diǎn)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(xué)工作者已經(jīng)研究構(gòu)造了多種3D結(jié)構(gòu)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(xué)、電學(xué)、光學(xué)和生物學(xué)性質(zhì),因此可以廣泛應(yīng)用于復(fù)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(gòu)筑的、具有層狀結(jié)構(gòu)的類紙質(zhì)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(xué)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?zé)崽幚磉�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(tuán),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(shí)現(xiàn)去氧化的過程,在此過程中實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)及性能的恢復(fù)。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(jié)構(gòu)被破壞從而難以維持類膜狀的形貌結(jié)構(gòu)特點(diǎn);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(zhì)量的rGOF。所提出的方法具有產(chǎn)率高、簡單易操作的特點(diǎn),還原溫度低、無需添加額外的還原劑和保護(hù)氣體,安全性好而且對環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)。首先采用改進(jìn)的Hummer方法制備氧化石墨膠體,采用滴涂技術(shù),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(diǎn);接著調(diào)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(xué)狀態(tài)以及膜表面力學(xué)性能的變化規(guī)律,實(shí)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(jìn)行生物相容性的分析,研究兩種厚度的rGOF的細(xì)胞相容性和抗菌活性。選用人成骨細(xì)胞Cal72進(jìn)行細(xì)胞粘附測試,分別測定了rGOF正反兩面對細(xì)胞的相容性;選用大腸桿菌以及金黃色葡萄糖菌進(jìn)行抗菌性分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所制備的rGOF既具有細(xì)胞相容性又具有一定的抗菌性,是一種具有潛在應(yīng)用前景的石墨烯基膜材料。
【關(guān)鍵詞】：還原氧化石墨烯膜 細(xì)胞相容性 抗菌性
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(zhì)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(xué)性質(zhì)23-24
• 1.6 還原氧化石墨烯膜的應(yīng)用前景24
• 1.7 本論文的研究意義和主要內(nèi)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(jié)構(gòu)及形貌的表征27
• 2.2 還原氧化石墨烯膜的微觀結(jié)構(gòu)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(zhì)31
• 2.5 還原氧化石墨烯膜的細(xì)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(jìn)的熱還原方法33-39
• 3.1 采用改進(jìn)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(jī)理35-37
• 3.3 本章小結(jié)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(jié)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(jìn)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(xì)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(jié)58-59
• 第六章 結(jié)論59-61
• 參考文獻(xiàn)61-71
• 科研成果71-73
• 致謝73

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