[發(fā)明專(zhuān)利]甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石墨烯及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510824731.2
• 申請(qǐng)日: 2015-11-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105293478A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李光吉;陳志鋒;王立瑩;黃瑞冰;張子勛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01B31/04
• 分類(lèi)號(hào): C01B31/04
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氧化石墨烯，特別是涉及一種甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石墨烯及其制備方法，屬于納米材料表面改性和生物醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)生物醫(yī)用材料(如骨移植材料、腎滲透膜、心臟起搏器、組織工程支架等)的需求日益增長(zhǎng)。但是，大多數(shù)材料由于其生物相容性較差，在生物體內(nèi)易發(fā)生蛋白質(zhì)的非特異性吸附，進(jìn)而引起凝血、免疫及炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致其性能顯著降低，甚至危害人體健康。因此，生物相容性對(duì)于生物材料的應(yīng)用至關(guān)重要，在生物材料研究中一直備受關(guān)注。材料表面的電荷、親/疏水性、化學(xué)組成、形貌等是影響材料與生物體之間界面相互作用的重要因素，是決定材料生物相容性的主要因素。研究發(fā)現(xiàn)，在材料表面引入生物相容性良好的物質(zhì)，可有效改善材料與生物體之間的界面相互作用，提高材料生物相容性。

石墨烯是由碳原子在二維空間上緊密堆積成六邊形晶格結(jié)構(gòu)的一種新型材料，其特殊的單原子層結(jié)構(gòu)賦予了它特殊又優(yōu)異的光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和力學(xué)性能。近年來(lái)，它已經(jīng)成為材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究也備受矚目。特別是石墨烯氧化得到的氧化石墨烯，由于其表面含有大量的羥基、羧基和環(huán)氧基等含氧基團(tuán)，易于分散于水中，在藥物載體、生物檢測(cè)、生物成像、腫瘤治療等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。然而，氧化石墨烯的生物相容性較差，在生物體環(huán)境中容易發(fā)生團(tuán)聚、引發(fā)不良反應(yīng)，嚴(yán)重地制約其在該領(lǐng)域的應(yīng)用。鑒于材料表面的電荷、親/疏水性、化學(xué)組成、形貌等是影響材料與生物體之間界面相互作用的重要因素，亦是決定材料生物相容性的主要因素，對(duì)氧化石墨烯表面進(jìn)行修飾，以期改善其生物相容性，具有重要的科學(xué)意義和巨大的應(yīng)用前景。

迄今為止，關(guān)于利用甜菜堿型兩性離子化合物修飾氧化石墨烯的研究還相對(duì)較少。宮銘等人在發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)(一種仿細(xì)胞外層膜結(jié)構(gòu)修飾的氧化石墨烯及其制備方法，申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)CN104258471A)中，將含有兩性離子親水基團(tuán)的乙烯基單體和含有氨基的乙烯基單體在引發(fā)劑的作用下進(jìn)行自由基聚合反應(yīng)得到含氨基的兩性離子聚合物，然后將所得含氨基的兩性離子聚合物接枝到氧化石墨烯表面，得到含有兩性離子親水基團(tuán)的仿細(xì)胞外層膜結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯。改性后的氧化石墨烯具有優(yōu)異的生物相容性，且該方式不需要添加引發(fā)劑，避免了引發(fā)劑的殘留。由此可見(jiàn)，將兩性離子引入氧化石墨烯表面，改善其生物相容性，對(duì)構(gòu)建生物相容性?xún)?yōu)異的氧化石墨烯具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。但是，該方式存在反應(yīng)選擇性差、難以控制氧化石墨烯表面兩性離子的接枝率等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種通過(guò)巰基‐烯點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)制備甜菜堿型兩性離子化合物修飾的石墨烯材料的方法，所制得的甜菜堿型兩性離子化合物修飾的石墨烯材料親水性和生物相容性大大提高；該制備方法不僅不需要使用引發(fā)劑，還具有效率高、選擇性強(qiáng)和制備過(guò)程及后處理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石墨烯，其結(jié)構(gòu)式為：

其中，R₁為氫原子或含1～6個(gè)碳原子的烷基；R₂和R₃為氫原子、烷基或芳基；R₄為含1～4個(gè)碳原子的直鏈烷基；N⁺為氮正離子，是陽(yáng)離子中心；A^—為陰離子中心，所述陰離子為SO₃^—或COO^—；L₁是陽(yáng)離子中心與乙烯基之間的分子鏈，為或n為1～20的整數(shù)；L₂是陽(yáng)離子中心與陰離子中心之間的分子鏈，為n為1～20的整數(shù)。

所述甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石墨烯的制備方法，包括以下步驟：

(1)巰基化氧化石墨烯的制備：將氧化石墨超聲分散在醇類(lèi)溶劑中，調(diào)節(jié)其pH值至酸性，得到氧化石墨烯分散液；將含巰基的硅烷偶聯(lián)劑緩慢滴入氧化石墨烯分散液中，在30～100℃下反應(yīng)6～48小時(shí)，得到巰基化氧化石墨烯；所述的含巰基的硅烷偶聯(lián)劑為γ‐巰丙基三甲氧基硅烷、γ‐巰丙基三乙氧基硅烷、γ‐巰丙基甲基二甲氧基硅烷、γ‐巰丙基甲基二乙氧基硅烷、β‐巰乙基三甲氧基硅烷、β‐巰乙基甲基二甲氧基硅烷、β‐巰乙基甲基二乙氧基硅烷中的一種或多種；