[发明专利]一种石墨烯/二肽自组装复合薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机-生物复合材料技术领域，特别是涉及一种石墨烯/二肽自组装复合薄膜及其制备方法。

背景技术

很多生物大分子如肽类，蛋白质，DNA等，在生物体内是以自组装超分子结构而存在，并表现出一定的生物功能。近来，以色列科学家报道了二苯丙氨酸线型二肽(简称二肽)作为Alzheimer疾病中β-淀粉样多肽成纤维的主要识别基序，被认为是能够自组装成纳米结构的最小的分子之一。二肽具有分子结构简单，易于合成及修饰改性等优点。另外二肽自组装结构丰富多样，可自组装成纳米管、纳米纤维、纳米囊/球、纳米水凝胶等，并且可以将客体分子掺入到二肽的自组装体中赋予其多样的功能性，因此二肽自组装纳米材料在药物运输，生物成像和生物传感等许多领域具有潜在的应用。但是，在实际应用中生物分子自组装形成的纳米材料所面临的主要问题之一，是难以形成大面积、高密度、有组织的结构。二肽自组装纳米结构在此方面的研究还相对较少，目前文献Nature Nanotech, 2009, 4: 849-854报道了利用气相蒸发沉积的方法制备了二肽纳米管阵列，但其制备工艺复杂。因此，发展简单的制备大规模、有组织的二肽自组装结构的方法，对于二肽自组装纳米结构的应用具有重要意义。

石墨烯是一种由碳原子SP²杂化组成的二维层状碳材料，具有巨大的理论比表面积，独特的高导电性和良好的热化学稳定性等优点，在光学、电学、生物传感等领域有着诱人的应用前景。由于石墨烯具有网状结构的π-电子环境，可以通过π-π相互作用诱导二肽形成有序的自组装结构。此外，二肽与石墨烯复合可以联合两种材料各自的优点，在生物纳米电子器件和生物传感方面具有良好的应用前景。但此复合材料还未见研究报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯/二肽自组装复合薄膜及其制备方法，该复合薄膜是由二肽自组装形成的纳米线与石墨烯纳米片交织构成的，复合薄膜表面为具有浓密的、大规模有组织的、织构化结构。该复合薄膜在生物纳米电子器件及生物传感等领域有潜在的应用。

本发明的复合薄膜是由二肽自组装形成的纳米线与石墨烯纳米片交织构成的；其中，二肽为二苯丙氨酸线性二肽，二肽自组装形成的纳米线的直径为50~3000 nm，长度为5~1200 μm；石墨烯纳米片为化学还原法制备的，其厚度为0.8~20 nm，径向尺寸为30~1000 nm。

本发明的复合薄膜制备方法的工艺步骤为：

a. 在20~30 ^oC的室温下，将二肽溶于六氟异丙醇中配制成浓度为95~105 g·L^-1溶液，将该溶液与浓度为0.01~0.1 g·L^-1的石墨烯纳米片悬浮液按照1/40~1/50的体积比进行混合，得到石墨烯/二肽的混合溶液。

b. 取步骤a所得的混合溶液滴涂到清洗干净的基底表面，滴涂量为60~120 μL·cm^-2，然后将其放入到40~60 ^oC烘箱中干燥18~24 小时，即可得石墨烯/二肽自组装复合薄膜。

步骤a中所述的石墨烯纳米片悬浮液的制备：以氧化石墨为原料，称取10~32 mg氧化石墨加入到50~80 mL水中配成0.2~0.4 g·L^-1的分散液，超声剥离1~4小时。将剥离后的氧化石墨分散液以3000~6000转/分钟的转速离心一次，离心时间为 30~40分钟，取上清液。在上清液中依次加入450~500 μL 氨水，9~20 μL水合肼(80 wt%)和50~80 mL水，在95~100 ^oC下反应1~2小时，制得均匀分散的0.1~0.2 g·L^-1的石墨烯纳米片悬浮液，进一步用水稀释成0.01~0.1 g·L^-1的石墨烯纳米片悬浮液。实验中所用的水均为去离子的蒸馏水。

步骤b中所述的基底为硅片、金、云母、铜片中的一种，各种基底使用前应清洗干净，晾干使用。

采用Zeiss Supra55场发射扫描电镜表征制备的二肽自组装薄膜和石墨烯/二肽自组装复合薄膜的形貌，其中图1、图2为硅片为基底的二肽自组装薄膜的场发射扫描电镜图，图3、图4为硅片为基底的石墨烯/二肽自组装复合薄膜场发射扫描电镜图，图5、图6为金基底的石墨烯/二肽自组装复合薄膜场发射扫描电镜图。从图中可以明显看出与单独的二肽自组装薄膜相比石墨烯/二肽自组装复合薄膜能形成了一种高密度、有序的交织状结构，交织装结构是由直径为50~3000 nm的二肽自组装纳米线组成的。