[发明专利]一种单壁碳纳米管的处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单壁碳纳米管的处理方法。

背景技术

碳纳米管作为一种径向尺寸为纳米量级、轴向尺寸可达微米量级的独特的一维管状分子结构纳米材料，是一种由六边形碳环结构单元组成的具有典型的层状中空结构特征的一维量子材料。其中，单壁碳纳米管（SWNTs）由单层圆柱型石墨层构成，与多壁碳纳米管（MWNTs）相比，其直径大小的分布范围较小、缺陷较少、且具有更高的均匀一致性。由于SWNTs独特的结构，其不仅具有低密度、良好的电学性质，还具有良好的热稳定性和化学稳定性等多种特性。在生物学领域，SWNTs独特的一维纳米结构使其成为一种理想的纳米药物载体。研究表明，碳纳米管的复合材料可为新生肌肉提供骨架和载体，并能诱导骨骼细胞的定向分化，还可作为多功能生物传输器和近红外射线选择性杀伤癌细胞的媒介。

近年来，碳纳米管生物效应研究表明其制备方法和结构性质的多样性给相关研究带来了诸多困难，其中，碳纳米管的纯度、尺寸和聚集程度等多种因素都可能影响其细胞行为。Becker等以DNA包裹碳纳米管制备了保持碳纳米管表面电子结构的稳定分散溶液体系，考察了细胞摄取碳纳米管的尺寸差异。研究表明，细胞对于碳纳米管摄取具有长度选择性，小于（180±17）nm的碳纳米管一般可被细胞全部摄取。而Simon等的研究表明长的MWNTs和短的MWNTs都具有较强的细胞毒性。Smart等认为碳纳米管的毒副作用可能源于制备时使用的金属催化剂，而化学修饰不仅可以有效去除残留金属催化剂，还可以引入生物活性分子，故可改善碳纳米管的生物相容性。Sayes等的研究表明随着SWNTs侧壁功能化程度的增加，细胞毒性会减少。Duortier等认为功能化SWNTs对免疫细胞的功能没有显著影响。而导致目前相关研究出现显著性差异的一个重要因素在于，其研究对象为不同来源或功能化方式，且包含多种不同结构性质的SWNTs混合物。由于缺乏对同一体系中不同结构性质（如管径、聚集状态、长度等）SWNTs组分的针对性研究，目前的研究结果相互间不具有可比性，无法真正从SWNTs本身结构性质的角度阐明其生物学效应的差异和机制。由此可见，针对碳纳米管从合成方法、粒子尺寸、表面性质和形态等各种不同角度出发，系统性地研究其生物效应和毒性机制，才能有助于全面深入了解碳纳米管对环境、健康的影响。因此，针对同一来源不同结构性质的SWNTs组分的大批量制备成为解决问题的关键因素之一，而具有针对性的SWNTs的分离体系的构建显得至关重要。

从目前的相关研究来看，由于碳纳米管具有多种理化性质和生物学特性，针对不同结构性质的碳纳米管的系统性研究将是以后的一个研究重点。如上所述，如何实现不同结构性质的碳纳米管的大批量制备分离将是制约相关研究的一个关键点。近年来国内外的前沿研究也表明，碳纳米管的分离制备受到了越来越多地重视和关注。其中，根据碳纳米管结构性质的不同进行分离研究尤为重要，是目前研究的主要切入点。常见的分离方法包括介电泳法、色谱法和选择性生长法等，但这几种分离方法都具有一定的局限性。例如，介电泳法主要针对半导体和导电碳纳米管的分离，应用领域较窄；色谱法前处理复杂，对样品要求较高；而选择性生长法中，碳纳米管功能化、样品预处理及回收、仪器设备及产量等诸多问题使得其分离效果受到影响，从而限制了后续的应用。然而，值得关注的是，近年来密度梯度离心分离成为了碳纳米管分离的一个重要方法。尽管该方法在碳纳米管分离应用领域起步较晚，但由于其操作过程的简单可控，逐渐成为碳纳米管分离领域的一个热点。Arnold等首次利用密度梯度离心和混合表面分散剂的使用，实现了对于不同电学性质或管径的碳纳米管的分离。然而，由于碳纳米管中大量聚集态管束的存在，使得其有效条带模糊，比例低下，从而使得其最终分离效果和产量受到了极大限制。Dai等利用密度梯度离心技术对于超短SWNTs进行了长度分离。但由于样品尺寸上的特殊性，其结构性质与一维碳纳米管存在一定差距，因而不适于推广应用。Weisman等首次利用密度梯度离心技术实现了SWNTs的手性分离。然而同样由于大量聚集态管束的存在，极大地限制了其分离产率，使得分离产物目前无法真正走向应用。因此，在目前研究中，如何提高碳纳米管的单分散性、降低聚集态碳纳米管束的比例成为了提高梯度离心分离产量的一个关键。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的上述缺陷，而提供一种能够将不同结构性质的单壁碳纳米管分离的单壁碳纳米管的处理方法。

本发明提供了一种单壁碳纳米管的处理方法，该方法包括以下步骤：