聚酰胺复合纳米纤维的制备及生物学性能研究

作     者：殷萌 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄棣

授予年度：2019年

学科分类：07[理学] 08[工学] 070205[理学-凝聚态物理] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：静电纺丝 复合纳米纤维 聚酰胺 抗菌纳米材料 抗菌性能 细胞相容性 

摘      要：静电纺丝作为一种连续、高效制备纳米纤维的技术,所制备的纳米纤维比表面积大、孔隙率高、均一性好,在生物医学、载药与缓释、电极材料、滤膜、防护等方面都有着广泛的应用。聚酰胺(PA)具有优良的机械性能、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性和化学稳定性,对人体安全无毒。碳纳米管(CNTs)作为一维纳米材料,具有独特的结构以及优良的电学、光学和力学特性。银(Ag)纳米粒子作为金属银的一种形态,拥有纳米级尺寸、高的比表面积以及优异的杀菌性和导电性。纳米氧化锌(ZnO)具有独特的光电特性以及良好的抗菌性、生物相容性和生物可降解性。本研究旨在通过静电纺丝以及其它多种工艺,将PA与CNTs、Ag纳米粒子、ZnO进行复合,制备出兼具优良导电性、抗菌性以及细胞相容性的PA复合纳米纤维,最终作为生物医用材料应用于骨修复领域。本论文的研究工作主要分为以下三个方面:(1)为了探索将PA纳米纤维与CNTs、Ag纳米粒子进行复合的方法,前期对载银碳纳米管(Ag@CNT)复合材料进行了研究。以硝酸银为银源,葡萄糖为还原剂,十六烷基三甲基溴化铵为稳定剂,采用液相还原法制备Ag@CNT复合材料。通过一系列表征对Ag@CNT的形貌结构进行观察和分析,使用纸片扩散法检测Ag@CNT对革兰氏阴性大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,S.aureus)的抗菌性能,使用MTT法检测Ag@CNT对MC3T3-E1细胞的细胞相容性。结果表明:短棒状的Ag纳米粒子(直径3.7±0.2 nm)均匀分布于CNTs的表面和内部;Ag@CNT不仅对E.coli和S.aureus具有显著的抗菌作用,而且对MC3T3-E1细胞表现出良好的细胞相容性。(2)首先通过静电纺丝制备碳纳米管/聚酰胺(CNT/PA)复合纳米纤维,然后以硝酸银为银源,葡萄糖为还原剂,采用液相还原法在CNT/PA复合纳米纤维表面原位还原Ag纳米粒子,得到银纳米粒子/碳纳米管/聚酰胺(Ag/CNT/PA)复合纳米纤维。通过一系列表征分析复合纳米纤维的形貌结构,使用四探针电阻测试仪检测复合纳米纤维湿润状态下的导电性,使用抑菌圈法检测复合纳米纤维的抗菌性,使用CCK-8法检测复合纳米纤维对MG-63细胞的细胞相容性。结果表明:Ag纳米粒子(直径5000 nm)均匀分布于纤维表面;Ag/CNT/PA复合纳米纤维的电导率相比PA纳米纤维显著提高;Ag/CNT/PA复合纳米纤维对E.coli和S.aureus具有显著的抗菌作用,对MG-63细胞表现出良好的细胞相容性。(3)首先通过静电纺丝制备PA纳米纤维,然后以硝酸锌为锌源,六亚甲基四胺为沉淀剂,采用均匀沉淀法在PA纳米纤维表面负载ZnO晶体,得到纳米氧化锌/聚酰胺(ZnO/PA)复合纳米纤维。通过一系列表征分析复合纳米纤维的形貌结构,探究工艺参数的变化对ZnO晶体形貌产生的影响,使用四探针电阻测试仪检测ZnO/PA复合纳米纤维湿润状态下的导电性能,使用抑菌圈法检测复合纳米纤维的抗菌性能,使用CCK-8法检测复合纤维对MG-63细胞的细胞相容性。结果表明:花瓣状的ZnO晶体密集而均匀地分布在纤维表面,ZnO晶体的厚度为38.77±2.42 nm;当硝酸锌溶液浓度为1.0 mol/L、碱处理时间为3 h时,ZnO晶体的形貌最好;ZnO/PA复合纳米纤维的电导率相比PA纳米纤维显著提高;ZnO/PA复合纳米纤维不仅对E.coli和S.aureus具有较强的抗菌作用,而且对MG-63细胞表现出良好的细胞相容性。