生物医用材料涉及人类的生存与健康,已日益引人注目。众所周知,肝功能衰竭患者血液中的胆红素会急剧升高,导致多种严重并发症,从而危及患者生命。因此,寻找能吸附胆红素又不影响蛋白质和凝血功能的吸附剂已迫在眉睫。此外,由各种创伤引起的病人周围神经损伤,其治疗极具挑战。神经导管是一种能促进神经轴突再生和周围神经功能恢复的方法。因此,寻找能促进神经再生又具有良好生物相容性的神经支架材料也是医院临床的需求之一。来自可再生动植物生物质的天然高分子不仅是永不枯竭的资源,而且它们具有生物相容性和生物可降解性特点,是生物医用的理想材料。其中,甲壳素是资源丰富的天然高分子,主要来源于虾、蟹壳中,具有良好的生物相容性和生物活性。另一方面,碳纳米管由于其独特的纳米管状结构和石墨烯表面,具有很多优异的功能,例如高吸附性和促进神经细胞生长等,但生物相容性较差。因此,将甲壳素和碳纳米管结合,可以增加甲壳素材料的生物功效和改善碳纳米管的生物相容性。构建新型甲壳素/碳纳米管复合材料,将在血液灌流清除毒素、神经科学和组织工程领域具有学术价值和应用前景。本工作主要利用碱/尿素水体系低温溶解甲壳素,然后与酸化碳纳米管混合,通过物理方法构建一系列甲壳素/碳纳米管复合新材料(水凝胶和纳米纤维微球)。通过原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、广角X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、激光共聚焦拉曼光谱(Raman)、氮气吸附、力学性质测试等表征这一系列复合材料的结构和性质,并研究其结构和性能之间的关系。通过细胞培养试验,研究甲壳素/碳纳米管复合水凝胶在神经修复中的应用前景;通过吸附、血浆灌流、血液相容性和细胞培养试验评估甲壳素/碳纳米管复合纳米纤维微球在血液灌流领域的应用前景。本工作的主要创新点如下。(1)成功构建甲壳素/碳纳米管复合水凝胶,证明它具有良好的生物相容性、可降解性和优良的力学性能,并可明显促进神经细胞的粘附和生长。(2)首次通过乳化和热诱导法成功制备出甲壳素/碳纳米管复合纳米纤维微球。同时,在微球上,通过共价键结合赖氨酸构建赖氨酸固定化甲壳素/碳纳米管复合微球,证明它能在高胆红素血浆中高效选择性地吸附胆红素,可用作血液灌流吸附材料。(3)首次揭示赖氨酸固定化甲壳素/碳纳米管复合微球的生物相容性和血液相容性,并指出它作为全血灌流吸附剂的应用前景。本论文的主要内容和结论概括如下。利用碱/尿素水体系低温溶解甲壳素,然后与酸化碳纳米管混合构建出三维纤维网络结构的甲壳素/碳纳米管复合水凝胶。SEM、TEM、XRD、FT-IR和Raman等实验结果表明碳纳米管与甲壳素纳米纤维之间通过静电、氢键以及亲疏水作用,形成紧密的交联网络结构。由于甲壳素固有的生物活性,该复合水凝胶表现出优良的生物相容性、血液相容性和可降解性。同时碳纳米管的引入,使该甲壳素/碳纳米管复合水凝胶的力学性能增强,溶胀性降低,体外降解速度减慢。细胞试验显示出甲壳素/碳纳米管复合水凝胶具有明显促进神经细胞PC12细胞和RSC96细胞的粘附、伸展、增值功能,并伸出大量细长神经轴突。因此该材料有利于神经信号的传导和神经的再生。同时,该复合水凝胶对成骨细胞、肝细胞等也表现出良好的促进细胞粘附和生长的作用。因此,本工作为神经修复和组织工程材料的设计提供了新的思路和有价值的信息。如上所述,将酸化碳纳米管均匀分散在甲壳素的碱/尿素水溶液中,然后通过乳化和热诱导法成功构建出甲壳素/碳纳米管复合纳米纤维微球(Ch/CNT)。同时,在微球上,通过共价键结合赖氨酸构建赖氨酸固定化甲壳素/碳纳米管复合微球(Ch/CNT/Lys),以增强其胆红素吸附功能。扫描电镜和氮气吸附实验结果证明Ch/CNT微球由直径相近似的碳纳米管和甲壳素纳米纤维编织形成,呈现多级孔隙结构以及相互贯通的三维网络结构。这种多级孔道有利于胆红素在网络中的扩散和吸附,可明显提高胆红素吸附能力。尤其,表面固定赖氨酸的Ch/CNT/Lys微球能在高胆红素血浆中高效、高选择性吸附胆红素,因此可用于血液灌流清除血液中的胆红素以有效治疗肝病。目前血液灌流吸附剂材料都难以达到胆红素吸附能力和血液相容性的完美结合。由此,对所构建的赖氨酸固定化甲壳素/碳纳米管复合微球(Ch/CNT/Lys)进行详细的生物相容性和血液相容性评估,试验结果证明,该复合微球在细胞试验中显示安全无毒且能促进细胞生长。同时复合微球与血液直接接触后,对血液中的蛋白、凝血因子、红细胞以及其他各种血细胞都无不良影响,表现出良好的血液相容性。基于其优良的血液相容性和高效胆红素吸附能力,该复合微球能有效去除血液中毒素而且对血液中其他成分无影响。由此表明,它可应用于全血灌流,避免血液分离过程,同时可降低成本,提高安全性和可操作性,是胆红素吸附剂材料的良好替代材料。此外发现,正常人肝细胞(L-02)可以在Ch/CNT/Lys微球表面粘附生长,因此该材料可扩展到用于细胞微载体培养肝细胞的体系中。它们在血液净化领域具有巨大的应用前景。本学位论文构建出一系列甲壳素/碳纳米管复合功能材料。通过各种表征手段弄清了材料的结构、分子间相互作用以及生物功能与结构之间的关系。这些研究可为血液灌流、神经生物工程及组织工程提供有价值的新型生物医用材料。本研究内容涉及化学、生物和医学等领域,具有交叉学科的特点,而且具有重要的学术价值和应用前景。