本发明专利技术涉及NH2+离子注入的多壁碳纳米管，它使用离子注入法将NH2+离子注入到喷涂后的碳纳米管上，其中注入NH2+离子的剂量为5×1014ions/cm2—1×1016ions/cm2；NH2+离子束的能量为40keV。本发明专利技术进一步公开了经过NH2+离子注入的多壁碳纳米管的亲水性显著提高，通过小鼠肺部成纤维细胞和人脐带静脉血管内皮细胞在材料上的粘附实验证实NH2+离子注入能够提高多壁碳纳米管的细胞相容性，一系列血液实验结果表明NH2+离子注入的多壁碳纳米管具有良好的血液相容性，说明该材料在诸如组织支架等领域具有良好的研究应用价值和广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料在生物医用材料中应用的新兴学科领域。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M EVVA源离子注入机制备的NH2+离子注入MWCNTs提高碳纳米管的亲水性和生物相容性的新技术。
技术介绍
碳元素是组成人体的重要元素，约占人体总重量的18%左右，碳在自然界中能以不同的成键方式形成结构性质迥异的同素异形体(如石墨和金刚石)。碳材料的一维形式一碳纳米管发现至今仅有十余年的时间。但是，碳纳米科技已经发展成为一门多学科交叉的、基础研究和应用研究紧密联系的新兴学科，主要包括纳米物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米电子学、纳米生物学、纳米加工学以及纳米力学等等。自然界中，生物体从开始就可以在纳米尺度合成各种材料。生物体的基本组成单位包括脂类、多肽和核酸，其尺寸都在纳米级，这些生物体基本单元通过有序组装，构成机体有功能的结构单位。但是自然界不能自发地利用设计好的纳米材料来合成新的生物分子。因此，将纳米材料与生物系统联系起来是由重大意义的。一方面，生物体可以为纳米科技提供一定的方法和借鉴，另一方面，利用纳米科技可以为生物研究提供新的手段和方法。原始状态下碳纳米管是成千上万个处于芳香不定域系统中的碳原子组成的大分子，以团聚的方式存在，化学稳定性高，一般不溶于任何溶剂，且在溶液中“已聚集成团”，妨碍了对其进行分子水平研究及操作应用，也难于将它纳入生物体系，大大限制了碳纳米管在生物学方面的应用。为充分利用碳纳米管的优异性能，对碳纳米管进行表面修饰是非常必要的。，通过表面修饰后，碳纳米管获得较好的亲水性，对于进一步的生物学应用具有重要的意义。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，再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。离子注入技术用能量为40keV量级的离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。NH2+是蛋白质的重要组成部分，具有良好的亲水性和细胞相容性，为碳纳米管表面修饰提供了有利条件。目前，将离子注入技术用于碳纳米管材料表面改性，以达到改善纳米管材料生物相容性的研究目前尚未文献报道，这方面研究十分新颖。
技术实现思路
本专利技术首先公开了使用NH2+离子注入的多壁碳纳米管在提高多壁碳纳米管材料的亲水性方面的应用和作为具有细胞相容性的组织支架材料以及与血液相接触的材料方面的应用。为实现上述目的，本专利技术公开了如下的
技术实现思路
一种NH2+离子注入的多壁碳纳米管，其特征在于使用离子注入法将NH2+离子束注入到多壁碳纳米管碳上；其中注入NH2+离子的剂量为5 X IO14 ions/cm2—IXlO16 ions/cm2,离子速能量为40 keV;所制备材料的N元素含量为O. 99% — O. 56%。优选注入NH2+离子的剂量为5 X IO14 ions/cm2或IXlO16 ions/cm2，使用离子注入法将NH2+离子束注入到多壁碳纳米管碳上；其中注入NH2+离子的剂量分别为5 X IO14 ions/cm2,1 X IO16 ions/cm2，离子速能量为40 keV ;所制备材料的N元素含量分别为0. 99%，0. 56%。本专利技术所述的多壁碳纳米管为粉末状，喷涂在基片上。其中的基片指的是以二氧化硅或碳片为衬底的基片。本专利技术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，喷涂于二氧化硅(SiO2)基片上，基片直径 15mm,厚度 O. 5mm。本专利技术进一步公开了 NH2+离子注入的多壁碳纳米管的制备方法，其特征在于使用M EVVA源离子注入机对预先喷涂多壁碳纳米管的基片，采用速流分别为2μΑ、6 μΑ的NH2+离子束进行注入；其中本底真空1X10_7 Torr，磁场电流为2. 27Α，NH2+离子束的能量为40KeV，通过控制NH2+离子的注入剂量(分别为5 X IO14 ions/cm2、I X IO16 ions/cm2)在多壁碳纳米管上注入NH2+离子。本专利技术的离子注入方法，是利用金属蒸汽真空弧离子源(M EVVA)源离子注入机，将样品放置在真空室内的工作台上，真空泵将室内抽成高真空，本底真空能达到丄父^^化^注入粒子选用纯册^+离子’采用金属蒸汽真空弧放电⑶EVVA)的方法产生弥漫在整个真空室内等离子体基离子注入(PB II)所需的NH2+等离子体，这样样品就直接湮没在等离子体中。然后以样品为阴极，真空室壁为阳极加一高电压脉冲防止电子和正离子分别聚集而产生的Langmuir鞘层。样品表面电子被瞬间逐出，而NH2+离子在电场作用下被加速，射向样品表面并注入到样品表面。(详见图9)。本专利技术对NH2+离子注入的多壁碳纳米管和未经NH2+离子注入的多壁碳纳米管样品进行了扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XPS)结构分析及比较。采用CAMKSV021733接触角测量仪对表面改性前后的多壁碳纳米管材料的亲水性进行测试。 图I为NH2+离子注入的多壁碳纳米管和未经NH2+离子注入的多壁碳纳米管SEM照片，通过此图可以直观地观察到材料的表面形貌，离子注入后的碳纳米管有明显的折断迹象。图2为NH2+离子注入的多壁碳纳米管和未经NH2+离子注入的多壁碳纳米管的HRTEM图，图中明显可以看出碳纳米管的中空管状结构，注入后碳纳米管内的竹节结构更为明显。图3为NH2+离子注入的多壁碳纳米管和未经NH2+离子注入的多壁碳纳米管XPS谱图，揭示了微观结构中的C、N元素含量以及价键结构。图4为NH2+离子注入的多壁碳纳米管和未经NH2+离子注入的多壁碳纳米管接触角图，证明经氨基离子注入后的多壁碳纳米管材料的亲水性有显著的改善。表I多壁碳纳米管注入前后的接触角材料jMWCNTs I剂量为5 X IO14NH2"离子注入MffCNTs|剂量为I X IO16NH2"离子注入MWCNTs接触角(° ) |l28.89|l26.89\75.42 本专利技术进一步公布了 NH2+离子注入的多壁碳纳米管在制备作为具有细胞相容性的组织支架材料以及与血液相接触的材料方面的应用。成纤维细胞株和血管内皮细胞株常用于材料细胞相容性的检测。因此，我们采用小鼠的成纤维细胞(L929)和人的内皮细胞(EAHY926)做细胞粘附和生长实验。从图5中可以看出，对照组和样品组在第I到5天之间，粘附于材料表面的小鼠成纤维细胞数目逐渐增力口，而且成纤维细胞在NH2+离子注入的多壁碳纳米管表面的生长情况略好于在未NH2+离子注入的多壁碳纳米管表面。在5天后对照组和剂量为5X IO14 ions/cm2的NH2+离子注入的多壁碳纳米管细胞数目逐渐减少，说明成纤维细胞密度达到一定程度后进入了衰退期；而剂量为lX1016ionS/cm2的NH2本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李德军，郭美仙，张艺腾，赵梦鲤，董雷，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：
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