羧基化碳纳米管与HKUST-1协同增强PLA纳米复合材料的机械性能、热稳定性及生物医学应用研究

为解决聚乳酸(PLA)材料固有脆性限制其医学应用的问题，研究人员通过Hummers法羧基化碳纳米管(CNTm)，采用绿色溶液混合技术将其锚定于HKUST-1金属有机框架(MOF)，制备出CNTm/MOF-PLA复合材料。该材料展现出优异的拉伸强度、热稳定性，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有显著抗菌性，且细胞存活率>90%，为组织工程支架等高端医疗器械提供了新型绿色材料解决方案。

　　

随着石油基聚合物造成的环境问题日益严峻，生物可降解材料聚乳酸(PLA)因其植物来源和可编程降解特性成为研究热点。然而PLA的固有脆性严重制约其在骨科植入物、可吸收缝合线等医疗场景的应用。传统增强方法往往以牺牲生物相容性为代价，如何同步提升机械性能与生物功能成为关键科学难题。

广西壮族自治区卫生健康委员会自筹科研项目支持的研究团队创新性地提出"有机-无机协同增强"策略：通过Hummers氧化法在碳纳米管(CNTs)表面引入羧基(-COOH)提升分散性，再采用溶液混合技术将其均匀负载于具有抗菌铜活性中心的HKUST-1 MOF表面，最终通过热压成型制备CNT_m/MOF-PLA复合材料。该成果发表于《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》，为多功能生物材料设计提供了新范式。

研究团队运用三大关键技术：1) Hummers法对CNTs进行羧基化改性；2) 热溶剂法合成具有规则八面体结构的HKUST-1；3) 机械热压工艺实现纳米填料在PLA基体中的均匀分散。通过SEM、FTIR、XRD等手段证实CNT_m成功锚定于MOF表面，比表面积提升至原始CNTs的2.3倍。

【材料表征】电镜显示CNT_m/HKUST-1保持MOF的八面体结构，CNTs呈网状分布于表面。XPS证实Cu²⁺与羧基的配位作用，FTIR显示1720cm^-1处羧基特征峰。

【力学性能】含2wt%填料的P-C/HK-2%复合材料拉伸强度达68MPa，较纯PLA提升47%。DSC显示熔点提升6.3℃，热分解温度提高28℃，归因于CNTs的应力传递和MOF的异相成核效应。

【生物性能】对S.aureus和E.coli的抑菌率分别达92%和89%，源自Cu²⁺的氧化损伤作用。MC3T3-E1细胞实验显示96小时存活率>90%，溶血率<3%，满足ISO 10993-5医疗器械标准。

该研究开创性地将CNTs的机械增强特性与MOFs的生物功能相结合，通过绿色工艺实现PLA复合材料的多功能协同提升。所开发的CNT_m/MOF-PLA不仅突破传统材料"强度-生物相容性"的权衡效应，其模块化设计思路更为其他生物医用材料的开发提供借鉴，在可降解心血管支架、智能伤口敷料等领域具有广阔应用前景。