肝素化单壁碳纳米管的制备、表征及生物相容性

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.21.007

中国组织工程研究 ›› 2014, Vol. 18 ›› Issue (21): 3316-3321.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2014.21.007

• 纳米生物材料 nanobiomaterials • 上一篇下一篇

肝素化单壁碳纳米管的制备、表征及生物相容性

彭一清¹，陈荆晓¹，滕丽萍²，赵善成¹，程咏梅¹，邓超²，陈敬华¹

¹江南大学药学院，江苏省无锡市 214122；²江南大学无锡医学院，江苏省无锡市 214122

出版日期:2014-05-21 发布日期:2014-05-21
通讯作者: 陈敬华，教授，博士生导师，江南大学药学院，江苏省无锡市 214122
作者简介:彭一清，男，1988年生，湖南省岳阳市人，汉族，江南大学药学院在读硕士，主要从事碳纳米管-肝素-胶原蛋白复合生物医学材料研究。
基金资助:
教育部新世纪优秀人才支持计划基金项目(NCET-10-0435)；教育部博士点基金(20110093110008)

Preparation, characterization and biocompatibility of heparinized single-walled carbon nanotubes

Peng Yi-qing¹, Chen Jing-xiao¹, Teng Li-ping², Zhao Shan-cheng¹, Cheng Yong-mei¹, Deng Chao², Chen Jing-hua¹

¹ School of Pharmaceutical Science, Jiangnan University, Wuxi 214122, Jiangsu Province, China; ²School of Wuxi Medical School, Jiangnan University, Wuxi 214122, Jiangsu Province, China

Online:2014-05-21 Published:2014-05-21
Contact: Chen Jing-hua, Professor, Doctoral supervisor, School of Pharmaceutical Science, Jiangnan University, Wuxi 214122, Jiangsu Province, China
About author:Peng Yi-qing, Studying for master’s degree, School of Pharmaceutical Science, Jiangnan University, Wuxi 214122, Jiangsu Province, China
Supported by:
Program for New Century Excellent Talents in University of Ministry of Education of China, No. NCET-10-0435; the Ph.D. Programs Foundation of Ministry of Education of China, No. 20110093110008

摘要/Abstract

摘要：

背景：碳纳米管具有独特的结构和理化性质，在药物载体、生物传感器及生物材料等领域应用前景广阔，但其疏水性强，易缠绕聚集，并且具有一定的细胞毒性，致生物相容性差。
目的：制备肝素化单壁碳纳米管，探讨表面肝素化对碳纳米管水溶性及生物相容性的影响。
方法：采用共价接枝的方法制备肝素化单壁碳纳米管，通过红外光谱进行表征；考察肝素化单壁碳纳米管在水溶液中的分散情况和稳定性；硫酸咔唑显色测定单壁碳纳米管表面的肝素多糖接枝量；测定抗Ⅹa因子活性和活化部分凝血酶时间研究肝素化单壁碳纳米管的血液相容性，用MTT法研究10，20，40 mg/L肝素化单壁碳纳米管浸提液与小鼠骨髓干细胞的相容性。
结果与结论：肝素被成功接枝到单壁碳纳米管表面，肝素接枝量为257.53 mg/g；肝素化单壁碳纳米管在水溶液中分散良好，具有很好的悬浮稳定性；肝素化单壁碳纳米管抗Ⅹa因子活性为36.53 U/mg，具有明显的抗栓活性，能显著延长绵羊血浆活化部分凝血活酶时间，表现出显著的抗凝活性；肝素化单壁碳纳米管细胞毒性低，并对细胞增殖具有一定的促进作用。表明肝素化不仅能提高碳纳米管在水溶液中的分散性和稳定性，而且赋予其良好的血液相容性和细胞相容性。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

全文链接：

关键词: 生物材料, 纳米材料, 碳纳米管, 肝素, 抗凝血, 表面改性, 共价接枝, 血液相容性, 细胞相容性, 活化部分凝血酶时间, 水溶性

Abstract:

BACKGROUND: With unique structure and physicochemical property, carbon nanotubes have promising application prospects in the fields of drug delivery, biosensor and biomaterials. However, carbon nanotubes are highly hydrophobic and trend to aggregate, and thus carbon nanotubes are hard to be dispersed in solution. Furthermore, carbon nanotubes induce blood coagulation and have cytotoxicity, which greatly limit the application of carbon nanotubes.
OBJECTIVE: To prepare heparinized single-walled carbon nanotubes and to study the effects of heparin-immobilization on the water solubility, stability as well as biocompatibility of carbon nanotubes.
METHODS: By the method of covalent grafting, heparinized single-walled carbon nanotubes was fabricated and characterized by Fourier transform infrared spectroscopy and carbazole assay. Transmission electron microscopy was used to investigate the dispersing performance and suspension stability of heparinized single-walled carbon nanotubes in aqueous solution. Anti-Xa activity and activated partial thromboplastin time assays were used to measure the anticoagulation activity of heparinized single-walled carbon nanotubes. MTT assay was used to evaluate the cytocompatibility of heparinized single-walled carbon nanotubes.
RESULTS AND CONCLUSION: Heparin was covalently linked to the surface of single-walled carbon nanotubes successfully. The amount of heparin on single-walled carbon nanotubes was measured to be 257.53 mg/g. Heparinized single-walled carbon nanotubes were well dispersed and stable in an aqueous solution without aggregation. The anti-Xa activity of heparinized single-walled carbon nanotubes was measured to be 36.53 U/mg, suggesting a significant anticoagulant activity. Further study of activated partial thromboplastin time assay found that the anticoagulant effect of heparinized single-walled carbon nanotubes could be prolonged. MTT assay revealed that heparinized single-walled carbon nanotubes had no cytotoxicity and showed good cytocompatibility. Taken together, the immobilization of heparin on single-walled carbon nanotubes will not only improve its solubility and stability in water, but also endow it with excellent biocompatibility.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

全文链接：

Key words: biocompatible materials, nanotubes, heparin, carbon

中图分类号:

R318

彭一清，陈荆晓，滕丽萍，赵善成，程咏梅，邓超，陈敬华. 肝素化单壁碳纳米管的制备、表征及生物相容性[J]. 中国组织工程研究, 2014, 18(21): 3316-3321.

Peng Yi-qing, Chen Jing-xiao, Teng Li-ping, Zhao Shan-cheng, Cheng Yong-mei, Deng Chao, Chen Jing-hua . Preparation, characterization and biocompatibility of heparinized single-walled carbon nanotubes[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2014, 18(21): 3316-3321.

图/表（结果） 5

2.1 肝素化单壁碳纳米管的红外光谱 利用傅里叶变换红外光谱表征修饰后的单壁碳纳米管表面官能团的变化，结果见图2。图2A显示出的是典型羧基化碳纳米管的红外图谱，其中1 580 cm^-¹处的峰(虚线所指示的峰)是碳纳米管经过酸处理后出现的典型C=C伸缩振动峰，1 631 cm^-¹和1 407 cm^-¹处的峰分别为羧基C=O和C-O伸缩振动峰。图2B表示肝素化碳纳米管的红外图谱，在1 229 cm^-¹出现较强的硫酸基中的S=O伸缩振动吸收峰；在1 043 cm^-¹出现了明显的环内醚C-O-C振动峰；在801 cm^-¹处出现了较为明显的C-O-S拉伸振动，同时由于肝素结构中含有较多的羧基，在1 633 cm^-¹重新出现较强羧基吸收峰，这些肝素的特征吸收峰说明肝素成功的共价接枝到碳纳米管表面。

2.2 肝素化单壁碳纳米管悬浮稳定性和透射电镜形貌观察 材料在在水溶液中的悬浮稳定性见图3所示：羧基化单壁碳纳米管在加入水中后即出现团聚絮凝、沉淀现象(图 3A)，可明显观察明显颗粒状和絮状黑色团聚物，随着时间的延长，羧基化单壁碳纳米管逐渐沉淀(图3B-E)并最终全部沉到容器底部，而上层溶液澄清；而肝素化单壁碳纳米管在投入水中后(图3F)，无颗粒状物体出现，溶液呈均匀黑色透明状，无颗粒物或絮状物出现；在30 d内，SWCNTs- Hep溶液仍然没有出现颗粒物或沉淀，溶液透明均匀(图3G-J)。

图4为修饰前后单壁碳纳米管在透射电镜下观察的形貌变化，由4A可以看出，未经修饰羧基化单壁碳纳米管分散性差，全部缠结在一起，团聚成团，这是由碳纳米管比表面大，表面能高，疏水性强所导致的；由图4B可以看出肝素化碳纳米管的分散性有明显的提高，同时出现包覆物，使得碳纳米管变粗。

2.3 肝素化单壁碳纳米管表面肝素含量 肝素经浓硫酸水解、氧化后，生成的糖醛酸(硫酸乙酰肝素中的艾杜糖醛酸或葡萄糖醛酸)与显色剂咔唑反应，生成紫红色溶液在530 nm处具有特异性吸收，具有良好的线性关系，以此测定肝素化碳纳米管表面肝素接枝量。以不同浓度肝素钠标准品的含量为横坐标，对应的530 nm处吸光度值为纵坐标，经过线性回归后得到标准工作曲线方程为y=28.191x-0.018 6，r²=0.996 5，通过肝素化单壁碳纳米管样品显色后在530 nm处的吸光度值计算，得到每毫克肝素化单壁碳纳米管含肝素多糖257.53 μg。

2.4 肝素化单壁碳纳米管的抗栓活性 配制一系列不同梯度活力单位的肝素溶液，通过底物色法以肝素活力单位为横坐标，对应的405 nm处吸光值为纵坐标此测定肝素化单壁碳纳米管的抗Ⅹa因子活性。经过线性回归后得到标准工作曲线方程方程为y=-0.107 5x+1.012 9，r²=0.986 3，通过肝素化单壁碳纳米管样品显色后在530 nm处的吸光度值计算，测得其抗Ⅹa因子活性为36.53 U/mg，具有较好的抗栓活性。比对标准肝素活性，计算得到每毫克肝素化单壁碳纳米管中肝素多糖的含量为243.53 μg，与硫酸咔唑法检测肝素化单壁碳纳米管中肝素含量结果接近。

2.5 肝素化单壁碳纳米管的抗凝活性 肝素钠活性常用活化部分凝血酶时间实验测试，活化部分凝血酶时间是指在血浆在钙离子和磷脂活化剂作用下凝固所需的时间，此实验一定程度上可以说明材料的血液相容性。绵羊血浆、羧基化单壁碳纳米管、酰氯化单壁碳纳米管、氨基化单壁碳纳米管及肝素化单壁碳纳米管溶液(均为0.02 g/L数据)活化部分凝血酶时间分别为(82.1±0.8)，(81.3±0.9)，(80.8±0.4)，(80.3±0.4)，(175.7±2.7) s。未经修饰羧基化单壁碳纳米管及修饰后酰氯化单壁碳纳米管、氨基化单壁碳纳米管对绵羊血浆活化部分凝血酶时间没有影响，与空白绵羊血浆活化部分凝血酶时间无明显差异；而加入0.02 g/L肝素化单壁碳纳米管后活化部分凝血酶时间延长至空白绵羊血浆的2倍左右，达到175.7 s。肝素钠带有强负电荷，它能与抗凝血酶Ⅲ结合，增强其对活化的Ⅱa、Ⅸa、Ⅹa、Ⅺa和Ⅻa凝血因子的抑制作用，阻止血小板凝集和破坏，妨碍凝血激活酶的形成；组织凝血酶原变为凝血酶；抑制凝血酶，妨碍纤维蛋白原变成纤维蛋白。由此可以认为，通过对单壁碳纳米管表面接枝肝素后，材料的抗凝活性得到极大的提升，也间接说明肝素成功接枝到了单壁碳纳米管上。

从图5可知，羧基化单壁碳纳米管和氨基化单壁碳纳米管在不同浓度下均没有表现出任何抗凝能力，而肝素化单壁碳纳米管随着加入浓度加大，绵羊血浆活化部分凝血酶时间时间相应延长。表明碳纳米管经过共价接枝后，肝素成功固定到了单壁碳纳米管表面，且能发挥良好的抗凝作

用，具有良好的生物活性，活化部分凝血酶时间的血液相容性得到了极大提升。

2.6 肝素化单壁碳纳米管的细胞相容性 细胞毒性实验是应用体外细胞培养方法，通过检测材料对细胞形态、生长、代谢及酶活性的变化等方面的影响来评价材料的细胞毒性。MTT实验结果见图6。如图所示，相较于对照组，加入羧基化单壁碳纳米管后细胞生长受到影响，并且随着加入量的增加存活率进一步下降，羧基化单壁碳纳米管呈现出一定的细胞毒性；而在加入肝素化单壁碳纳米管后细胞存活率明显高于羧基化单壁碳纳米管组，表现出良好的细胞相容性。这可能是由于在单壁碳纳米管表面接枝肝素后，由于其表面具有与内皮细胞膜和细胞外基质中类似的糖胺聚糖结构，利于细胞黏附生长，从而使细胞存活率提高。

参考文献

[1]Lijima S.Helical microtubules of graphitc carbon.Nature. 1991; 354:56-58.
[2]Koltover I,Salditt T,Radler JO,et al.An inverted hexagonal phase of cationic liposome-DNA complexes related to DNA release and delivery.Science.1998; 281(5373):78-81.
[3]Potineni A,Lynn DM,Langer R,et al. Poly(ethylene oxide)-modified poly(beta-amino ester) nanoparticles as a pH-sensitive biodegradable system for paclitaxel delivery. J Control Release.2003;86(2-3):223-234.
[4]Cui DX.Advances and prospects on biomolecules functionalized CNTs.Nanosci Nanotechnol.2007;7(4-5):1298-1314.
[5]Cui DX,Tian FR,Coyer SR,et al.Effects of antisense-Myc Conjugated single walled carbon nanotubes on HL-60 cells.J Nanosci Nanotechnol.2007;7(4-5):1639-1646.
[6]Park TJ,Lee SH,Simmons TJ,et al.Heparin- cellulose-charcoal composites for drug detoxification prepared using room tempera- ture ionic liquids.Chem Commun.2008; 40(40):5022-5024.
[7]Kim KH,Jo WH.Polythiophene-graft-PMMA as a dispersing agent for multiwalled carbon nanotubes in organic solvent. Macromol Res.2008;16(8):749-752.
[8]Chen P,Kim HS,Jin HJ.Preparation, properties and application of polyamide/carbon nanotube nanocomposites.Macromol Res. 2009;17(4):207-217.
[9]Park TJ,Kim YS,Hwang T,et al.Preparation and characterization of heparinized multi-walled carbon nanotubes. Process Biochem.2012;47(1):113-118.
[10]Park TJ,Lee MY,Dordick JS,et al.Signal amplification of target protein on heparin glycan microarray.Anal Biochem. 2008; 383(1):116-121.
[11]Park TJ,Govindaiah P,Hwang T,et al.Biocompatible charcoal composites prepared by ionic liquids for drug detoxification.Macromol Res.2011;19(7):734-738.
[12]Capila I,Linhardt RJ.Heparin protein interactions.Angew Chem Int Ed.2002; 41(3):390-412.
[13]Chen Y,Maguire T,Hileman RE,et al.Dengue virus infectivity depends on envelope protein binding to target cell heparin sulfate.Nat Med.1997;3(8):866-871.
[14]Murugesan S,Mousa S,Vijayaraghavan A,et al.Ionic liquid-derived blood-compatible composite membranes for kidney dialysis.J Biomed Mater Res B Appl Biomater.2006; 79(2):298-304.
[15]Park TJ,Jung YJ,Choi SW,et al.Native chitosan/cellulose composite fibers from an ionic liquid via electrospinning. Macromol Res.2011;19(3):213-215.
[16]Miho KF,Jie N,Jamie P,et al.Heparin promotes the growth of human embryonic stem cells in a defined serum-free medium.Proc Natl Acad Sci U S A.2008; 105(36):13409- 13414.

引言

碳纳米管是一种由单层或多层石墨层卷绕而成，具有中空管柱型结构的一维碳族材料。自从1991年碳纳米管由日本的lijima发现以来^[1] ，它优良的性能引起了材料科学和生命科学研究者的广泛关注。碳纳米管具有很高的拉伸强度和弯曲角度，与其他高分子材料共混制备复合材料可以显著改善材料的强度、韧性和弹性，因此在生物材料领域有巨大的应用前景。不过，碳纳米管具有很大比表面积和表面能，这使得碳纳米管很容易发生聚集，难以稳定地分散在水或有机溶剂中，限制了其应用。另一方面，作为生物医学材料使用时，碳纳米管容易非特异性吸附蛋白质，引起红细胞破裂，血小板黏附并导致血液凝固和血栓形成等问题制约着纳米材料在医学方面的应用^[2-11] 。此外，碳纳米管具有一定的细胞毒性，且呈现出浓度依赖性，进一步制约了其在生物医学材料方面的应用。
肝素是一种由糖醛酸和葡萄糖胺以(1→4)-糖苷键连接起来的重复二糖单元组成的高度硫酸化线性黏多糖，是目前临床使用最为广泛的抗凝血药物，它不仅具有抗凝血活性，而且能通过结合并激活细胞生长因子，促进细胞的生长分化。通过在材料表面固定肝素，使其表面具有与内皮细胞膜和细胞外基质中类似的糖胺聚糖结构，不仅可以改善其血液相容性，还能有效提高其细胞相容性^[12-13]。
在前期研究中已有利用活性碳、纤维素、壳聚糖等制备肝素复合材料或涂层材料等方法来改善纳米材料血液相容性^[14-15] ，此次实验通过化学方法对单壁碳纳米管表面进行修饰，在材料表面共价接枝肝素多糖，研究肝素化对单壁碳纳米管在水溶液分散性和悬浮稳定性、血液相容性，以及细胞相容性的影响。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程
全文链接：

材料方法

设计：生物材料的修饰、表征及体外生物活性评价实验。

时间及地点：实验于2013年3月在江南大学药学院完成。

材料：

实验方法：

肝素化碳纳米管的制备路线：见图1。

酰氯化单壁碳纳米管的制备：将100 mg羧基化单壁碳纳米管加入到25 mL SOCl₂-DMF(20∶1)混合溶液中，于65 ℃油浴回流反应36 h。酰化反应完成后，收集瓶底黑色的酰氯化单壁碳纳米管，加入20 mL DMF反复振荡清洗，13 000 r/min离心20 min，上述步骤重复五六次以除去没有反应的SOCl₂。离心后收集沉淀，真空干燥后制得酰氯化单壁碳纳米管。

氨基化单壁碳纳米管的制备：将50 mg酰氯化单壁碳纳米管加入到30 mL无水乙二胺中，于100 ℃油浴回流反应72 h。反应完成后，冷却到室温，加入无水乙醇反复震荡清洗去除未反应的乙二胺，1 300 r/min离心20 min，收集沉淀。上述步骤重复五六次。收集沉淀并真空干燥，制得氨基化单壁碳纳米管。

肝素化单壁碳纳米管的制备：在5 mL MES(pH 5.6)缓冲液中分别加入3.5 mg NHS，52.5 mg肝素和28.75 mg EDC，室温条件下振荡反应30 min以活化羧基。同时将25 mg氨基化单壁碳纳米管投入到20 mL MES(pH 5.6)缓冲液中，超声振荡30 min，使其充分分散。然后将二者混合，室温下搅拌反应2 h。反应完成后，将溶液装入M_WCO 25 ku透析袋中，先置于2.75 mol/L NaCl溶液中透析4 d，以除去EDC、NHS及未共价接枝到碳纳米管上的肝素，再置于去离子水中透析4 d脱盐，最后冷冻干燥得到肝素化单壁碳纳米管。

肝素化单壁碳纳米管的表征：采用Nicolet iS10型傅里叶变换红外光谱仪，溴化钾压片法，在4 000-400 cm^-1范围内进行扫描，测定羧基化单壁碳纳米管，氨基化单壁碳纳米管和肝素化单壁碳纳米管的红外光谱。

碳纳米管的形态结构用日立H-7650型透射电子显微镜观察，将羧基化单壁碳纳米管和肝素化单壁碳纳米管在超声振荡作用下分散于超纯水，取适量悬浮液滴于铜网上，观察其形态变化。

硫酸咔唑法测定碳纳米管表面肝素含量：首先制定硫酸咔唑法测定肝素浓度的标准工作曲线：准确称量1 mg肝素，去离子水定容于10 mL容量瓶中，然后准确量取0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5 mL肝素标准溶液于具塞玻璃试管中，各管用去离子水补足至1 mL。在冰水浴中向各管加入5 mL浓硫酸，摇匀后沸水浴15 min，取出后冷却至室温，各管加入0.1 mL质量分数为0.15%的咔唑乙醇溶液，沸水浴15 min，取出冷却至室温。使用紫外分光光度仪于分别测量肝素标准溶液和肝素化单壁碳纳米管样品在530 nm的处吸光值，绘制标准曲线并计算肝素化单壁碳纳米管样品中肝素多糖含量。

抗Ⅹa因子活性法测定肝素化单壁碳纳米管的抗栓活性：以肝素为对照，采用发色底物法检测肝素化单壁碳纳米管的抗Ⅹa因子活性。首先制定抗Ⅹa因子活性法测定肝素活性的标准工作曲线：准确称取1 mg肝素(150 U/mg)，去离子水定容于10 mL容量瓶中，分别吸取0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5 mL于10 mL容量瓶中定容。准确量取48 μL肝素标准溶液，将20 μL抗凝血酶Ⅲ(1 U/mL)加入到48 μL肝素标准溶液中，振荡混匀后，于37 ℃水浴反应2 min，再加入80 μL 2.5 g/L发色底物SⅩa-11，振荡混匀后，与37 ℃水浴反应5 min，再加入80 μL 2.5 mg/L Factor Ⅹa反应90 s，最后加入20 g/L柠檬酸终止液100 μL终止反应。

使用紫外分光光度仪测量肝素标准溶液和肝素化碳纳米管样品405 nm处的吸光度值，绘制标准曲线并计算肝素化单壁碳纳米管的抗Ⅹa因子活性。

绵羊血浆活化部分凝血酶时间评价肝素化单壁碳纳米管的抗凝活性：使用活化部分凝血酶时间试剂盒进行，手动测试及计时。将绵羊血浆(柠檬酸钠作为抗凝剂)经过脱脂棉过滤，用移液枪准确吸取H₂O、0.01，0.02，0.03 g/L羧基化单壁碳纳米管、0.01，0.02，0.03 g/L酰氯化单壁碳纳米管、0.01，0.02，0.03 g/L氨基化单壁碳纳米管及0.01，0.02，0.03 g/L肝素化单壁碳纳米管溶液各100 μL于1.5 mL Ep管中，再向各管加入绵羊血浆和37 ℃预温的活化部分凝血酶时间试剂各100 μL，37 ℃水浴5 min，然后向各管迅速加入100 μL 37 ℃预温的0.025 mol/L CaCl₂溶液，同时开始计时，记录各管绵羊血浆凝固时间。

MTT比色法测定肝素化单壁碳纳米管的细胞相容性：MTT比色法用于测定细胞相对数量和相对活力。首先配制样品溶液：将羧基化单壁碳纳米管和肝素化单壁碳纳米管用0.01 mol/L PBS分别配制成0.4 g/L和0.8 g/L的溶液，超声振荡20 min，121 ℃灭菌15 min。4 ℃冷藏备用。

将小鼠骨髓干细胞接种于200 μL DMEM培养基中，细胞接种数为10⁵/孔；分别吸取5，10 μL 0.4 g/L和5 μL 0.8 g/L两种样品溶液加入平板中，获得10，20，40 mg/L三个浓度梯度的样品培养溶液。同时设置调零孔(培养基、MTT、DMSO)，对照孔(细胞、培养基、MTT、DMSO)。

细胞接种后置于自动CO₂培养箱中37 ℃，体积分数5% CO₂培养。5 d后，每孔加入10 μL 5 g/L MTT溶液，继续培养。4 h后终止培养，每孔加入100 μL DMSO，置摇床上低速振荡10 min，于570 nm处测量吸光度值。用MTT法检测细胞相对存活率，按照下式进行计算：

细胞存活率=(A_样品-A_对照)/(A_对照-A_空白)×100%

主要观察指标：肝素化单壁碳纳米管红外图谱、水溶性、肝素接枝量、抗栓活性、抗凝活性及细胞相容性。

统计学分析：实验结果做描述性分析与t 检验；P < 0.05为差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

全文链接：

讨论

碳纳米管由于其特殊的微观物理结构和理化性质，一直是材料科学和生命科学的重点研究对象。但是在实际应用中，碳纳米管由于表面能高，易在范德华力下蜷曲缠绕在一起，在水溶液中存在着不易分散、易团聚沉淀、导致凝血及细胞毒性等不利因素，制约着它的应用范围。在目前研究中化学修饰是解决这一问题的有效方法。化学修饰碳纳米管是获得可溶性碳纳米管重要研究方向，通过化学修饰后，碳纳米管不但保留了原有的特性，还具备了反应活性较高的官能团。碳纳米管的氨基化修饰被认为是最有效的修饰方法之一，因为氨基具有较高的反应活性，能与其他许多化合物进行反应。
实验中通过化学反应修饰，将肝素共价接枝到羧基化单壁碳纳米管表面。表面接枝肝素后，碳纳米管在水溶液中的分散性和悬浮稳定性能得到明显的改善，相较于未经修饰碳纳米管没有出现团聚、沉淀等现象，能长时间保持良好的溶解状态。肝素化单壁碳纳米管同时显示出显著的抗栓和抗凝活性，表明当它植入体内时既不会造成局部血液凝固，也不会在碳纳米管表面形成血栓。MTT实验中，肝素化单壁碳纳米管不仅没有细胞毒性，反而能对细胞增殖具有一定的促进作用，这可能是由于碳纳米管表面的肝素类似于细胞外基质中和细胞膜上的糖胺聚糖结构，利于细胞黏附，同时能结合并激活细胞生长因子，从而体现出良好的细胞相容性^[16] 。
综上所述，通过共价修饰的方法将肝素接枝固定到单壁碳纳米管表面是可行的，肝素化单壁碳纳米管具有很好的分散性和生物相容性，在药物载体、生物传感器和生物材料等医疗应用方面有着十分广阔的前景。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程
全文链接：

肝素化单壁碳纳米管的制备、表征及生物相容性

Preparation, characterization and biocompatibility of heparinized single-walled carbon nanotubes

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表（结果） 5

参考文献

相关文章 15

引言

材料方法

讨论

文章快阅

延伸阅读

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	李黎, 马力. 磁性壳聚糖微球固定化乳糖酶及其酶学性质[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 576-581.
[2]	周安琪, 唐渝菲, 吴秉峰, 向琳. 骨膜组织工程设计：共性与个性的结合[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(22): 3551-3557.
[3]	郎丽敏, 何生, 姜增誉, 胡奕奕, 张智星, 梁敏茜. 导电复合材料在心肌梗死组织工程治疗领域的应用进展[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(22): 3584-3590.
[4]	刘鋆, 杨龙, 王伟宇, 周玉虎, 吴颖, 卢涛, 舒莉萍, 马敏先, 叶川. 聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯/聚乙二醇/氧化石墨烯组织工程支架的制备和性能评价[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(22): 3466-3472.
[5]	解健, 苏俭生. 静电纺丝取向纳米纤维作为组织工程生物支架的优势与特征[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(16): 2575-2581.
[6]	纪琦, 喻正文, 张剑. 3D打印金属基生物材料工艺和临床应用的问题与趋势[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(16): 2597-2604.
[7]	严浩, 齐志明. 纳米材料人工韧带骨连接及在抗粘连领域的研究与应用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(16): 2605-2611.
[8]	宋涯含, 吴云霞, 范道洋. 基于VOSviewer生物医学领域3D打印的知识图谱分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(15): 2385-2393.
[9]	钱楠楠, 张潜, 杨睿, 敖俊, 章涛. 间充质干细胞治疗脊髓损伤：细胞治疗及联合新药和生物材料[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(13): 2114-2120.
[10]	罗雅馨, 毕浩然, 陈晓旭, 杨琨. 细胞外基质与组织的再生与修复[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(11): 1785-1790.
[11]	贾巍, 张满栋, 陈维毅, 王晨艳, 郭媛. 股骨假体材料对人工膝关节置换性能的影响[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(10): 1477-1481.
[12]	王倩, 李璐, 舒静媛, 董志恒, 靳友士, 王青山. 氧化锆基纳米羟基磷灰石功能梯度生物材料的微观形貌和物相分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(10): 1517-1521.
[13]	杨亚楠, 李峻峰, 王立, 刘恒全, 赖雪飞. 柠檬酸钙：一种有趣的有机钙生物医用材料[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(10): 1609-1615.
[14]	樊雪敏, 方善宝, 陈志兴, 莫水学. 纳米粘土锂皂石的研究现状与应用前景[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(10): 1622-1627.
[15]	王刚, 李东辉, 白志明. 长段输尿管损伤替代治疗的方法、材料及修复重建的演变历程[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(8): 1299-1305.