隨著對碳納米材料的開發(fā)與應用,二維碳納米材料—氧化石墨烯(GO)和零維的碳點(CDs)因具有優(yōu)良的生物安全性和水溶性而被用在生物醫(yī)藥領(lǐng)域。其中,在碳納米藥物傳輸體系中抗癌藥已被列入研究中,而抗炎藥在治療一些疾病方面也有重要作用,但將碳納米材料與抗炎藥結(jié)合起來進行藥物負載的研究不多;另一方面,一些具有抗菌性能的金屬及其氧化物與二維碳納米材料形成的復合物也逐漸在抗菌領(lǐng)域中被重視;此外,抗生素用于治療一些疾病確實有著顯著的功效,但過度使用抗生素給水體帶來的危害不容忽視,CDs因其優(yōu)越的熒光性能在檢測分子、離子等方面已取得了一些研究成果,而檢測水體中殘留的抗生素也是非常值得研究的。因此,本論文以GO和CDs為基礎(chǔ),制備了GO、GO負載甲硝唑、GO負載ZnO納米復合物、摻氮碳點、摻硼碳量子點作為功能碳納米材料,并用SEM、TEM、XRD、XPS、N_2吸附-脫附及Raman光譜、FTIR及UV-vis光譜等表征,并研究了這些材料在載藥、抗菌以及檢測方面的性能。論文的主要內(nèi)容和研究結(jié)果如下:首先綜述了GO和CDs的基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì),總結(jié)了二者在生物醫(yī)藥領(lǐng)域中的應用現(xiàn)狀,為本論文鋪墊研究基礎(chǔ)。鑒于GO負載抗炎藥的研究較少、GO-ZnO納米復合物的多種制備和抗菌應用以及簡單快速制備摻雜CDs及在載藥和檢測應用中的可能性,指明本論文的研究方向。第二章以Hummers法為基礎(chǔ),對比了單獨H_2SO_4和H_2SO_4-H_3PO_4混酸氧化體系制備GO,并負載甲硝唑(MTR)。結(jié)果表明混酸能更充分地氧化鱗片石墨粉,得到的GO非常薄、層間距為0.800 nm、具有石墨烯(001)晶面,連有羧基、羥基、環(huán)氧基、羰基等,比表面積為541.8 m~2·g~(-1),并且結(jié)構(gòu)中存在更多無序度碳;GO負載MTR時,堿性條件、升高溫度和增大甲硝唑的濃度都有利于GO-MTR載藥體系的制備,藥物負載量和載藥率分別為494 mg·g~(-1)和98.8%,二者主要以π-π堆積、氫鍵和靜電作用方式結(jié)合,吸附動力學更符合準二級,吸附等溫線較符合Langmuir型;MTR的體外釋放具有pH依賴性,酸性條件有利于藥物釋放。第三章采用三種方法分別制備了GO-ZnO納米復合物,評價了不同材料對大腸桿菌(E.coli)和金黃色葡萄球菌(S.aureus)的抗菌性能。表明一步法制備的GO-ZnO結(jié)構(gòu)較優(yōu),負載在GO上的ZnO是由眾多粒徑小于20 nm的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的晶體組成的尺寸在200 nm以內(nèi)的近似球狀結(jié)構(gòu);復合物比單獨ZnO有著更大的比表面積,說明GO能有效分散ZnO納米粒子而減少其團聚;抗菌研究表明復合物對E.coli在0.5 h時的抗菌率達到99.9%以上,對S.aureus在持續(xù)抗菌4 h其抗菌率約為90%;GO-ZnO納米復合物通過協(xié)同作用復合物產(chǎn)生的抗菌性能更強。第四章以最簡單的氨基酸—甘氨酸為碳源、PEG-2000為修飾劑,采用一步水熱法制備了摻氮碳點(N-CDs)并用于負載鹽酸阿霉素(DOX)。結(jié)果表明N-CDs是由高度無序碳原子構(gòu)成的納米晶,粒徑在5~21 nm的近似球狀結(jié)構(gòu),具有366 nm的激發(fā)波長和442 nm的最大發(fā)射波長,水溶性和分散較好、發(fā)射藍光的熒光碳點,量子產(chǎn)率為30%;N-CDs負載DOX的研究表明初始pH為9.00時,載藥量和包封率分別是24.25mg·g~(-1)和77.23%,N-CDs以氫鍵、靜電作用和π-π堆積作用負載DOX;藥物釋放具有pH依賴性,微酸性環(huán)境有利于DOX的釋放,pH為5.50時,經(jīng)23小時累積釋藥率達76.67%。第五章以檸檬酸為碳源、硼酸為硼源制備摻硼碳量子點(B-CQDs)作為熒光探針用于檢測水中阿莫西林(AMX)。表明檸檬酸和硼酸在適當條件下反應可得到碳、硼原子摩爾比為5:1、pH約為3的B-CQDs,粒徑小于5 nm、具有石墨相結(jié)構(gòu),量子產(chǎn)率為30.85%;作為探針檢測AMX時,藥物濃度、探針的pH以及溫度都影響檢測體系的熒光信號,AMX在1.43~429.12μmol·g~(-1)時體系熒光強度的增加量與AMX的濃度成線性關(guān)系,檢測限為0.82μmol/L;機理研究表明AMX能有效分離B-CQDs,使其非輻射躍遷減少、改善其結(jié)構(gòu)缺陷,從而提高了B-CQDs的熒光性能,二者主要以分子間氫鍵和可能存在的靜電作用相結(jié)合,在288~313 K范圍內(nèi)兩者的結(jié)合能力隨溫度升高而增強。本論文將為碳基納米多功能材料用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域奠定研究基礎(chǔ)。
【學位單位】：西北大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TB383.1;TQ127.11
【部分圖文】：

常見的碳納米材料2D氧化石墨烯2D還原氧化石墨烯0D石墨烯量子點

對磺胺類藥物和青霉素、紅霉素、土霉素、新霉素等，另外有報道在光照下超細 TiO2可快速殺滅 S. aureus如 1/100000 的龍膽紫液可抑制其生長[28]。因此尋找合項很有意義的研究。烯phite）存在于自然界中，是由一層層蜂窩狀有序排列的平如圖 1-1 和 1-5 所示。將石墨層層剝離成片狀后，形成墨烯（Graphene），是當前已知最薄的 2D 碳納米材料e Geim 和 Konstantin Novoselov 在 2004 年從石墨中用微獲得 2010年諾貝爾物理學獎[29]。單層石墨烯的結(jié)構(gòu)如圖2D (Graphene)

圖 1-6 不同結(jié)構(gòu)模型的 GO[34]Figure 1-6 The different structure models of GO 氧化石墨烯的制備氧化石墨烯是石墨經(jīng)氧化而生成的產(chǎn)物，1859 年牛津大學 Brodie 教授最先3和 KClO3的混合溶液處理石墨時得到氧化石墨[40]；接著 Staudenmaier 在 18Nakajima-Matsuo Hofmann Ruess Scholz-Boehm
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李成楊;莊澤超;金曉英;陳祖亮;;氧化石墨烯對亞甲基藍和銅離子的共吸附行為研究[J];環(huán)境科學學報;2015年10期

2 孫悅;孫思瑤;任鐵強;喬慶東;劉強;;氧化石墨烯負載納米ZnO光催化劑的性能研究[J];現(xiàn)代化工;2015年02期

3 兀曉文;杜娜;李海平;張人杰;侯萬國;;喜樹堿/氧化石墨烯/類水滑石納米雜化物的制備及表征[J];化學學報;2014年08期

4 楊曉喻;王超;洪德雄;方明亮;蔡亮;陳琳;閆文盛;;核殼結(jié)構(gòu)氧化鋅/石墨烯的光催化性能及機理研究[J];中國科學技術(shù)大學學報;2014年08期

5 顏范勇;鄒宇;王猛;代林楓;周旭光;陳莉;;熒光碳點的制備及應用[J];化學進展;2014年01期

6 柴麗雅;劉松瑩;楊穎;葛云龍;李麗;張國;史克英;;氧化石墨烯與氧化鋅復合材料的制備及室溫NO_x氣敏性能研究[J];人工晶體學報;2013年08期

7 程定璽;楊璐;梁宇;;熒光探針法檢測血清中阿莫西林含量[J];分析試驗室;2013年02期

8 陳燕飛;;不同消毒劑對細菌的抑制作用[J];食品工程;2012年02期

9 何臨海;孟松;柳苗苗;周迪舜;李珊;羅梅;馬興銘;王雪梅;;納米氧化鋅對白色念珠菌的抗菌作用[J];中國組織工程研究;2012年25期

10 關(guān)榮發(fā);陳瀟婷;芮昶;蔣家新;劉明啟;劉光富;;納米氧化鋅對人正常肝細胞DNA及染色體的損傷作用[J];中國藥理學與毒理學雜志;2012年02期

相關(guān)博士學位論文 前2條

1 陳武峰;石墨烯材料的化學調(diào)控、組裝及其性能研究[D];中國科學技術(shù)大學;2014年

2 羅培輝;碳量子點的化學修飾及功能化研究[D];清華大學;2013年

相關(guān)碩士學位論文 前2條

1 徐興英;功能化氧化石墨烯的制備及其載藥性能[D];青島科技大學;2012年

2 朱文君;ZnO抗菌性能及機理研究[D];西南交通大學;2010年

本文編號：2885384