水溶性單壁碳納米管多糖超分子組裝體系的研究

水溶性單壁碳納米管/多糖超分子組裝體系的研究答辯人：王丹專業(yè)：高分子材料與工程導(dǎo)師：楊立群副教授主要內(nèi)容（一）選題意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

（三）實驗過程和結(jié)果討論

（二）課題構(gòu)思以及創(chuàng)新之處（四）課題未來發(fā)展方向(一)選題意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.單壁碳納米管（SWNT）具有單層碳管結(jié)構(gòu)，直徑通常少于2nm，長度可達數(shù)微米優(yōu)點：由于具有六邊形碳環(huán)結(jié)構(gòu)，共軛π電子體系，而具有突出的電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)性能缺點：碳納米管不溶于水或有機溶劑，大大限制了它的應(yīng)用范圍？如何改善碳納米管的溶解性？

單壁碳納米管的改性方法共價法以共價鍵形式接上化學(xué)基團。破壞了共軛π電子體系的連續(xù)性；容易把碳納米管切成小段。SWNT改性方法非共價法以吸附和包裹等非共價鍵形式修飾碳納米管。保持共軛π電子體系的連續(xù)性；不易切斷碳管；生物相容性好?！虤ぞ厶?Chitosan)簡介2、殼聚糖（Chitosan）簡介

殼聚糖無毒、生物相容性好、可生物降解，加之具有良好的成膜性、可紡性、抗血凝性、促進傷口愈合和防腐抗菌等功能，作為生物醫(yī)用材料倍受關(guān)注。

殼聚糖的水溶性改性本實驗采用直鏈淀粉接枝殼聚糖的方法，拆散原來殼聚糖分子內(nèi)和分子間的氫鍵,增加其可溶性。

由于Chitosan分子鏈間或分子鏈內(nèi)會產(chǎn)生很強的氫鍵作用，因此Chitosan分子在正常狀態(tài)下會緊緊團聚一起，很難溶于水。

一般來說,只要取代都能拆散原來分子內(nèi)和分子間的氫鍵,增加可溶性。

3、直鏈淀粉的結(jié)構(gòu)特點

由多個D-葡萄糖單元通過α-1,4糖苷鍵連接而成的線性鏈狀天然多糖。由于分子內(nèi)氫鍵作用，直鏈淀粉鏈卷曲形成α螺旋結(jié)構(gòu)。螺距為約為0.8nm，直徑約為1.3nm，每圈含有6~7個D-葡萄糖單元（二）課題構(gòu)思及創(chuàng)新之處

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在殼聚糖分子鏈上通過氨基接枝麥芽七糖，合成Chit-Glc7接枝產(chǎn)物2

在Chit-Glc7的接枝位點上，在土豆磷酸化酶的作用下與葡萄糖磷酸鹽發(fā)生酶促聚合反應(yīng)，形成直鏈淀粉接枝的殼聚糖體系。3

用直鏈淀粉接枝的殼聚糖（Chit-Am）體系與單壁碳納米管形成超分子組裝體系Chit-Am/SWNT合成過程NaBH3CN土豆磷酸化酶創(chuàng)新之處TEXTTEXT1、用麥芽七糖接枝殼聚糖，在較低的接枝度下得到水溶性較好的殼聚糖衍生物，保留了殼聚糖鏈上大量的自由氨基，可以進行多種功能化；2、整個反應(yīng)過程在水相中進行，避免有機小分子對后續(xù)改性產(chǎn)生影響；3、直鏈淀粉的聚合度（鏈長）可以控制；4、所制備的Chitosan-Am/SWNT體系同時具有水溶性、良好的生物相容性、一定的機械強度以及良好的導(dǎo)電性能；5、可以對Chitosan-Am/SWNT進行多種衍生化反應(yīng)，有利于合成功能復(fù)合物。(三)實驗過程和結(jié)果討論1、土豆磷酸化酶的提取2、酶促聚合法合成Chit-Am及純化3、I2/KI實驗4、XRD檢測1、Glc7的制備2、Chit-Glc7的制備3、Chit-Glc7的結(jié)構(gòu)表征：IR,

1H-NMR4、酸堿滴定法測定Glc7的接枝率1、直接組裝法合成Chit-Am/SWNT2、分散性的比較3、穩(wěn)定性的檢測4、Ranman光譜檢測5、XRD檢測Chit-Glc7Chit-AmChit-Am/SWNT一、Chit-Glc7的制備和結(jié)構(gòu)表征Chit-Glc7,Glc7,H+1、Chit-Glc7的制備β-環(huán)糊精水解Glc7HCl,100℃提純Chitosan+Glc70.1mol/LCH3COOHNaBH3CNChit-Glc7調(diào)節(jié)PH=7透析Chit-Glc7,Glc7,H+Chit-Glc7合成反應(yīng)過程的原理2、Chit-Glc7FTIR分析-NH2中N-H彎曲振動3、Chit-Glc7

1H-NMR分析4、酸堿滴定法測定Glc7的接枝率Chit-Glc7產(chǎn)物的接枝率約為44.95%。這說明接枝產(chǎn)物上仍保留著大量的氨基，為今后的功能化奠定了基礎(chǔ)。二、Chit-Am的制備和結(jié)構(gòu)表征1、Chit-Am的制備

Chit-Glc7+Glc-1-P-2Na·2H2O

Chit-Am，酶土豆磷酸化酶37℃恒溫，N2保護純化

純Chit-Am溶液Chit-Am合成反應(yīng)的原理2、I2/KI實驗

Chit-Am+I2/KII2/KI3、XRD檢測殼聚糖具有很強的結(jié)晶性，是因為殼聚糖分子中有大量-OH和-NH2。它們所形成的氫鍵提高了分子結(jié)構(gòu)的規(guī)整性。直鏈淀粉復(fù)合物由于形成螺旋腔，具有部分規(guī)整結(jié)構(gòu)，故能夠在XRD中檢測出來。XRD20.1°11.5°20.5°11.6°33.6°31.8°23.4°25.6°三、Chit-Am/SWNT的制備和結(jié)構(gòu)表征1、Chit-Am/SWNT的制備SWNT+5mlH2O超聲15min

SWNT水分散液45×85%intensity,2.0son/2.0soff+15mlChit-Am水溶液37℃下超聲30min45×75%intensity,0.2son/0.5soff)

Chit-Am/SWNT均相水溶液2、分散性的比較

SWNT原料的水分散液Chit-Am/SWNT體系3、穩(wěn)定性的比較----UV-Vis

Raman光譜表征Chit-Am/SWNT4、拉曼光譜(Ranman)—Chit-Am/SWNT體系組裝成功的證據(jù)

共振增強拉曼光譜是研究單壁碳納米管結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)的有效手段單壁碳納米管的拉曼光譜主要有兩個特征振動模式：即位于100cm-1－300cm-1之間徑向呼吸振動模（RBM）和位于1580cm-1附近的切向振動模（G峰）。前者可以獲得單壁碳納米管的直徑，導(dǎo)電類型的信息；后者可以分析形變對單壁碳納米管結(jié)構(gòu)的影響。Raman光譜（切向振動模-G峰）Raman光譜（徑向呼吸振動模-RBM）5.透射電子顯微鏡（TEM）SWNT原料Chit-Am/SWNTSWNT原料Chit-Am/SWNT（四）課題未來發(fā)展方向Chit-Am/SWNT體系變成化學(xué)交聯(lián)的凝膠，作為組織工程支架（機械強度）人造神經(jīng)導(dǎo)管（生物相容性、導(dǎo)電性）生物傳感器（導(dǎo)電性）體外DNA的培養(yǎng)（-NH2）小結(jié)1、通過還原胺法合成出溶于純水的Chit-Glc7，F(xiàn)TIR和1HNMR分析結(jié)果證實Glc7與Chitosan發(fā)生了共價鍵偶聯(lián)。通過滴定法測定出Chit-Glc7中Glc7的接枝率約為45%。2、通過酶促聚合反應(yīng)合成出溶于純水的Chit-Am，I2/KI實驗證實Chit-Glc7中的Glc7側(cè)鏈發(fā)生聚合生成直鏈淀粉側(cè)鏈，XRD分析表明形成了直鏈淀粉接枝的殼聚糖衍生物。3、制備出具有較好水分散性的Chit-Am-SWNTs，通過Raman光譜分析證明Chit-Am與SWNTs形成了超分子組裝體，UV-vis分析表明Chit-Am-SWNTs能在水中穩(wěn)定存在兩周時間，從Chit-Am-SWNTs的TEM照片中可觀察到分散性較好的SWNTs。致謝感謝楊立