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原位水热法合成二氧化钛纳米线及生物相容性研究

杜鹃  
【摘要】:二氧化钛(TiO_2)纳米线是一种典型的纳米无机材料,具有超高的比表面积、优良的光催化活性和较好的生物相容性,已经广泛用于工业和生物医学等领域。基质辅助水热法因操作简单、产物结构易于调控等优点已经成为当前最受欢迎的TiO_2纳米线合成方法。传统的基质材料主要包括FTO玻璃及钛片,然而所制备的TiO_2纳米线与基质材料之间的界面作用力往往较弱,导致TiO_2纳米线易于从基质材料表面脱落,形态与结构难以控制。本研究拟以TiO_2纳米颗粒片为基质材料,采用碱性水热反应法在TiO_2纳米颗粒片表面原位生长TiO_2纳米线膜,通过改变水热温度等参数对其结构与形态进行调控;进一步采用细胞培养方式初步探究了TiO_2纳米线膜的生物相容性。本论文主要分为以下三个部分:(1)TiO_2纳米线的合成及表征首先以TiO_2纳米颗粒为基质材料水热合成TiO_2纳米线。以钛酸异丙酯为原料,通过溶胶-凝胶法制备TiO_2纳米颗粒;然后以所制备的TiO_2纳米颗粒为原料,采用碱性水热法制备TiO_2纳米线。利用SEM、EDS、TEM、XRD、FT-IR等对TiO_2纳米颗粒和TiO_2纳米线进行表征。结果表明,TiO_2纳米颗粒呈现不规则颗粒状,尺寸约为50-200 nm;经碱性水热反应处理后,TiO_2纳米颗粒(无定形)原位转化为直径约为10±4 nm的TiO_2纳米线(锐钛矿相)。(2)TiO_2纳米线膜的合成及表征接下来以TiO_2纳米颗粒片为基质材料水热合成TiO_2纳米线膜。以TiO_2纳米颗粒为原料,利用圆柱形不锈钢模具和压片机等装置制备TiO_2纳米颗粒片;随后以TiO_2纳米颗粒片为基质材料,采用碱性水热法在TiO_2纳米颗粒片表面原位生长TiO_2纳米线膜。利用SEM、EDS、XRD等对制得的TiO_2纳米颗粒片和TiO_2纳米线膜进行表征。结果表明,水热反应导致TiO_2纳米颗粒片表面形貌由颗粒状转变成纤维状,其表面所含TiO_2纳米颗粒原位转化为TiO_2纳米线。纳米线的直径随着水热反应温度的改变有显著变化,当水热反应温度从120℃提高至200℃,纤维直径由10 nm增加至1μm。同时随着水热过程的进行,TiO_2纳米颗粒的晶体结构也发生了转变,由锐钛矿相逐步转化为钛酸。(3)TiO_2纳米线膜的生物相容性研究最后以成纤维细胞L929为模型细胞评价了TiO_2纳米线膜的生物相容性。将TiO_2纳米线膜与L929细胞共培养,利用MTT法和活/死细胞染色法分别定量和定性评价了TiO_2纳米线膜对于细胞活力的影响;同时利用SEM观察细胞在TiO_2纳米线膜表面的生长状态。结果表明,TiO_2纳米线膜利于细胞的黏附与增殖,具有优良的生物相容性;其生物相容性与纳米线直径有关,较小直径的纳米线更能促进细胞的黏附与增殖。


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