专利名称：羧基离子注入的多壁碳纳米管及其制备方法与应用的制作方法
技术领域：
本发明属于纳米材料在生物医用材料中应用的新型学科领域。涉及使用化学气相沉积系统(CVD)生长多壁碳纳米管(MWCNTs)；特别是利用北师大核科学与技术学院 BNU-400keV离子注入机将羧基离子注入MWCNTs表面，以达到改善MWCNTs血液相容性的新技术。
背景技术：
纳米技术是20世纪80年代末、90年代初才逐步发展起来的前沿、交叉性新型学科领域，它的迅猛发展将在21世纪促使激活所有工业领域产生一场革命性的变化。由于其微小的体积和很大的表体比，纳米材料拥有很多大体积材料所没有的特性，从而使它们在催化、电子学、光电学和医学等领域有很多新的应用。自从1991年5月碳纳米管(CNTs)被发现以来，因其惊人的电子学、力学以及结构性质而被广泛的应用。在最近几年中，研究者们已经开启了碳纳米管生物医学领域应用的研究，在这些研究中，碳纳米管被用于药物和生物离子传送，组织工程支架等用途。目前以生物医学应用为目标的相关研究主要涉及对碳纳米管进行表面修饰，使其具有阻止蛋白质非特异性吸附和识别特定蛋白分子的功能；利用碳纳米管的特殊形状和电学性质，研究细胞的体外生长等。虽然碳纳米管被期望在生物医学领域具有广泛的应用，但我们对其与血液的作用还知之甚少。在特定条件下，碳纳米管表面存在一些晶格缺陷，特别是多壁碳纳米管，在合成过程中可以捕获多个缺陷，通过这些缺陷可以在碳纳米管表面引入某些具有反应活性官能团，达到对碳纳米管进行化学修饰的目的。表面处理技术(如气相沉积、电镀、等离子喷涂、 离子注入等)代价小、耗时少，在制备和修饰综合性能良好的生物医用材料方面优势显著。 其中，离子注入技术在改变材料表面的某些特性，如亲水性、生物相容性等性质的同时不改变其整体性质，从而在这里被选为改善MWCNTs血液相容性的技术手段。将离子注入技术用于碳纳米管材料表面改性，并以羧基作为注入离子，以达到改善碳纳米管材料抗凝血性能的研究目前尚未见文献报道。
发明内容
材料的生物相容性是指实质其与活体组织之间相互容纳的程度。它是评价一种材料能否应用于生物医学领域的根本依据，包括两层含义血液相容性和组织相容性。其中血液相容性是指材料与血液接触后，不引起血浆蛋白的变形，不破坏血液的有效成分，不导致血液的凝固和血栓的形成。材料与血液接触后，不形成不可逆的血栓过程，称为具有抗凝血性。本发明的一个目的是首次公开了使用羧基离子注入的多壁碳纳米管产品。本发明的另一个目的是公开了的使用羧基离子注入的多壁碳纳米管的制备方法。本发明的再一个目的是公开了使用羧基离子注入的多壁碳纳米管在制备提高多壁碳纳米管材料抗凝血性能方面的应用，以及作为与血液接触的生物材料方面的应用。
为实现上述目的，本发明提供了如下的技术内容
羧基离子注入的多壁碳纳米管，其特征在于在预先喷涂的多壁碳纳米管基片上注入羧基离子；其中羧基离子的注入密度分别为5X1013个/ cm2, 1父1014个/ cm2和 5 X IO14个/ cm2 ；离子能量为40keV ；所述材料中氧原子的百分数为7. 53%_12. 86%。采用甲酸作为离子源。本发明所述羧基离子注入的多壁碳纳米管，其中的多壁碳纳米管为粉末状，可以喷涂在二氧化硅片或碳片基片为衬底的基片上。所述的羧基离子为甲酸。本发明所述的多壁碳纳米管(纯度90%，直径10-20nm，长度5-15μπι)，按比例与十二烷基硫酸钠(SDS)混合后溶解在蒸馏水中，喷涂于预先烧制了碳层的二氧化硅 (SiO2)基片上，基片直径15_，厚度0. 5_。本发明进一步公开了羧基离子注入的多壁碳纳米管的制备方法，其特征在于使用BNU-400keV离子注入机对预先喷涂多壁碳纳米管的基片进行羧基离子注入；在此过程中，采用甲酸作为离子源，先对甲酸进行高温蒸发和加速电子轰击使其离子化，电子束电流密度控制在3PA/Cm2以下；注入过程中腔室的气压为1
10 3 Pa，温度为室温，离子能量为40keV。 本发明对未经羧基离子注入的多壁碳纳米管和羧基离子注入的多壁碳纳米管样品进行了扫描电镜(SEM)、傅里叶转换红外光谱仪(FT-IR)和X射线衍射(XPS)结构分析与比较。为确认羧基离子注入后在MWCNTs表面存在羧基基团，选择未经羧基离子注入和羧基离子注入密度为5X IOw个/cm2的样品进行FT-IR分析，结果如
图1所示。在图1 (a) 中，1100 CnT1 and 2980 cnT1附近的峰分别对应于C-C和C-H键；而图1 (b)中多出的3500 cnT1和1620 cnT1附近的峰分别对应于羧基中的O-H和C=O键，从而证明了离子注入后羧基基团已成功注入到了 MWCNTs表面。XPS是检验材料表面元素合成及其化学结构的有效手段，在此，被用来表征未经羧基离子注入的MWCNTs以及羧基离子注入密度最小(5X IO13个/cm2)和最大(5X IO14个/ cm2)的MWCNTs。材料表面的元素含量如表1。
表1未经羧基离子注入的和经羧基离子注入的多壁碳纳米管表面元素含量
权利要求
1.羧基离子注入的多壁碳纳米管，其特征在于它在预先喷涂的多壁碳纳米管基片上注入羧基离子；其中羧基离子的注入密度分别为5X IO13个/ cm2, 1父1014个/ cm2和 5 X IO14个/ cm2 ；离子能量为40keV ；所述材料中氧原子的百分数为7. 53%_12. 86%。
2.权利要求1所述羧基离子注入的多壁碳纳米管，其中的多壁碳纳米管为粉末状，喷涂在二氧化硅片或碳片为衬底的基片上；所述的羧基离子为甲酸。
3.一种羧基离子注入的多壁碳纳米管的制备方法，其特征在于使用 BNU-400keV离子注入机对预先喷涂多壁碳纳米管的基片进行羧基离子注入； 在此过程中，采用甲酸作为离子源，先对甲酸进行高温蒸发和加速电子轰击使 #离子化，电子束电流密度控制在3PA/Cm2以下；注入过程中腔室的气压为1丄(T3 Pa，温度为室温，离子能量为40keV。
4.权利要求1所述羧基离子注入的多壁碳纳米管在制备提高多壁碳纳米管材料抗凝血性方面的应用。
全文摘要
本发明涉及注入羧基离子的多壁碳纳米管，它选用将多壁碳纳米管喷涂在预先烧制碳膜的二氧化硅基片上，然后使用离子注入机在此喷涂后的碳纳米管表面注入羧基离子；其中羧基离子的注入密度分别为5×1013个/cm2,1×1014个/cm2和5×1014个/cm2；离子能量为40keV；所述材料中氧原子的百分数为7.53%-12.86%。通过成年新西兰兔的血小板在材料上粘附实验说明在MWCNTs上注入羧基离子能够有效提高材料的抗凝血性能，使得该材料在作为与血液相接触的材料方面具有良好的研究应用价值和广泛的应用前景。
文档编号B82Y40/00GK102380133SQ201110320500
公开日2012年3月21日 申请日期2011年10月20日 优先权日2011年10月20日
发明者岳玉琛, 张艺腾, 李德军, 赵梦鲤, 郭美仙 申请人:天津师范大学