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
【技術領域】
[0001] 本發明設及氧化石墨締，特別是設及一種甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石 墨締及其制備方法，屬于納米材料表面改性和生物醫用材料技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著生物醫學技術的發展，人們對生物醫用材料（如骨移植材料、腎滲透膜、屯、臟 起搏器、組織工程支架等）的需求日益增長。但是，大多數材料由于其生物相容性較差，在 生物體內易發生蛋白質的非特異性吸附，進而引起凝血、免疫及炎癥反應，導致其性能顯著 降低，甚至危害人體健康。因此，生物相容性對于生物材料的應用至關重要，在生物材料研 究中一直備受關注。材料表面的電荷、親/疏水性、化學組成、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。研究發現，在材料表面 引入生物相容性良好的物質，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。
[0003] 石墨締是由碳原子在二維空間上緊密堆積成六邊形晶格結構的一種新型材料，其 特殊的單原子層結構賦予了它特殊又優異的光學、熱學、電學和力學性能。近年來，它已經 成為材料科學研究的熱點，在生物醫學領域的研究也備受矚目。特別是石墨締氧化得到的 氧化石墨締，由于其表面含有大量的徑基、簇基和環氧基等含氧基團，易于分散于水中，在 藥物載體、生物檢測、生物成像、腫瘤治療等生物醫學領域得到了廣泛的關注。然而，氧化石 墨締的生物相容性較差，在生物體環境中容易發生團聚、引發不良反應，嚴重地制約其在該 領域的應用。鑒于材料表面的電荷、親/疏水性、化學組成、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，對氧化石墨締表面進 行修飾，W期改善其生物相容性，具有重要的科學意義和巨大的應用前景。
[0004] 迄今為止，關于利用甜菜堿型兩性離子化合物修飾氧化石墨締的研究還相對較 少。宮銘等人在發明專利申請（一種仿細胞外層膜結構修飾的氧化石墨締及其制備方法， 申請公開號CN 104258471 A)中，將含有兩性離子親水基團的乙締基單體和含有氨基的乙 締基單體在引發劑的作用下進行自由基聚合反應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締表面，得到含有兩性離子親水基團的仿細胞 外層膜結構的氧化石墨締。改性后的氧化石墨締具有優異的生物相容性，且該方式不需要 添加引發劑，避免了引發劑的殘留。由此可見，將兩性離子引入氧化石墨締表面，改善其生 物相容性，對構建生物相容性優異的氧化石墨締具有潛在的應用價值。但是，該方式存在反 應選擇性差、難W控制氧化石墨締表面兩性離子的接枝率等問題。
【發明內容】
陽〇化]本發明的目的在于提供一種通過琉基-締點擊化學反應制備甜菜堿型兩性離子化 合物修飾的石墨締材料的方法，所制得的甜菜堿型兩性離子化合物修飾的石墨締材料親水 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劑，還具有效率高、選擇性強和 制備過程及后處理簡單等優點。
[0006] 本發明目的通過如下技術方案實現：
[0007] 一種甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石墨締，其結構式為：
[0008]
[0009] 其中，Ri為氨原子或含1~6個碳原子的烷基；R2和R3為氨原子、烷基或芳基； Ra為含1~4個碳原子的直鏈烷基；N+為氮正離子，是陽離子中屯、；A^為陰離子中屯、，所述 陰離子為5〇3^或0)〇-山1是陽離子中屯、與乙締基之間的分子鏈，為
或
與1~20的整數；Lz是陽離子中屯、與陰離子中屯、之間的分子鏈，為 的整數。
[0010] 所述甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石墨締的制備方法，包括W下步驟：
[0011] (1)琉基化氧化石墨締的制備：將氧化石墨超聲分散在醇類溶劑中，調節其抑值 至酸性，得到氧化石墨締分散液；將含琉基的硅烷偶聯劑緩慢滴入氧化石墨締分散液中，在 30~100°C下反應6~48小時，得到琉基化氧化石墨締；所述的含琉基的硅烷偶聯劑為丫-琉丙基=甲氧基硅烷、丫-琉丙基=乙氧基硅烷、丫 -琉丙基甲基二甲氧基硅烷、丫 -琉丙 基甲基二乙氧基硅烷、0 -琉乙基=甲氧基硅烷、0 -琉乙基甲基二甲氧基硅烷、0 -琉乙 基甲基二乙氧基硅烷中的一種或多種；
[0012] (2)甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石墨締的制備：將所制得的琉基化氧化 石墨締和乙締類簇酸或橫酸甜菜堿型兩性離子化合物在醇類溶劑存在的條件下，通過琉 基-締點擊反應，在紫外光下照射0. 5~10小時，得到的粗產物用醇類溶劑洗涂，W除去未 反應的硅烷偶聯劑、甜菜堿型兩性離子化合物及其它副產物；經干燥處理即得到甜菜堿型 兩性離子化合物修飾的氧化石墨締；
[0013] 所述的乙締類簇酸或橫酸甜菜堿型兩性離子化合物的結構通式為：
[0014]
[0015] 其中，Ri為氨原子或含I~6個碳原子的烷基；Rz和Rs為氨原子、烷基或芳基；N+ 為氮正離子，是陽離子中屯、；A-為陰離子中屯、，陰離子為5〇3^或COCT;L1是陽離子中屯、與乙 締基之間的分子鏈，
n為1~20的整數；Lz是陽 離子中屯、與陰離子中屯、之間的分子鏈，為-
n為1~20的整數。該制備方法是一 種通過琉基-締點擊化學反應制備的甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石墨締的方法。
[0016] 為進一步實現本發明目的，所述氧化石墨通過改進的Hummers方法氧化制得：將 石墨和高儘酸鐘按質量比1:3~1:10混合均勻，在冰浴條件下，邊攬拌邊滴加濃硫酸和憐 酸混合物，再升溫至40~80°C，反應8~24小時；待反應體系恢復至室溫，將所得混合物 倒入〇°C的冰水中，并滴加過氧化氨溶液至混合物呈金黃色且不再有氣泡冒出；所得產物 經稀鹽酸、去離子水洗涂、離心直到上層清液呈中性為止；除去上層清液，將離屯、得到的產 物烘干，得到氧化石墨；
[0017] 所述的石墨為致密結晶狀石墨、鱗片石墨、膨脹石墨和預氧化石墨中的一種或多 種。
[0018] 所述濃硫酸和憐酸的體積比為6:1~12:1 ;所述過氧化氨溶液的質量濃度為 20 ~40%。
[0019] 優選濃硫酸的質量濃度為98 % ;濃硫酸和憐酸總體積為400mU冰水的體積為 400血D
[0020] 所述的醇類溶劑優選為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正下醇、正戊醇、正己醇、正庚 醇、環己醇、乙二醇、丙二醇、丙S醇、季戊四醇中的一種或多種。
[0021] 所述的氧化石墨締與含琉基的硅烷偶聯劑的質量比為1:1~1:20 ;含琉基的硅烷 偶聯劑和乙締類甜菜堿型兩性離子化合物的摩爾比為1:0. 2~1:1. 5。
[0022]所述的乙締類甜菜堿型兩性離子化合物為N，N-二甲基（甲基丙締酷氧乙基）錠 基丙橫酸內鹽、N，N -二甲基-N -甲基丙締酷胺基丙基-N -丙烷橫酸內鹽、N，N -二甲基-N -丙締酷胺基丙基-N -丙烷橫酸內鹽、N，N -二甲基（丙締酷氧乙基）錠基丙橫酸內鹽、 N，N -二甲基-N -甲基丙締酷胺基乙基-N -丙烷橫酸內鹽、N，N -二甲基-N -甲基丙締 酷胺基丙基-N -乙酸內鹽、N，N -二甲基-N -丙締酷胺基丙基-N -乙酸內鹽、N，N -二甲 基-N-甲基丙締酷氧乙基-N-乙酸內鹽、N，N -二甲基-N-丙締酷氧乙基-N-乙酸內 鹽、N，N -二甲基-N -甲基丙締酷氧乙基-N -丙酸內鹽等中的一種或多種。
[002引所述步驟（1)的抑值調節至為2~6 ;步驟似使用的紫外光的波長小于400皿。[0024]本發明所公開的甜菜堿型兩性離子修飾的氧化石墨締是一種黑色層狀固體，在水 中具有良好的分散性，且具有良好的生物相容性。
[00巧]本發明將引入效率高、選擇性強的琉基-締點擊化學反應作為修飾手段，提供一種 制備甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石墨締材料的新方法。研究發現，甜菜堿型兩性 離子化合物與水分子間有很強的靜電相互作用，可W使其表面具有一層穩定的水層，從而 使具有甜菜堿基團的表面具有優異的抵抗非特異性蛋白吸附、細菌、微生物粘附W及抗凝 血功能，顯著改善表面的生物相容性。將甜菜堿型兩性離子化合物引入到氧化石墨締表面， 則可W有效地改善氧化石墨締的生物相容性、易團聚等問題。甜菜堿型兩性離子化合物主 要包括憐錠兩性離子、簇酸兩性離子和橫酸兩性離子。2-甲基丙締酷氧乙基憐酷膽堿是 最早被應用于制備抗粘附表面的憐錠兩性離子。但是，憐酸兩性離子的合成過程繁瑣，產率 低，且不易提純，成本高，限制了其實際應用。相比較而