[发明专利]甜菜碱型两性离子化合物修饰的氧化石墨烯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氧化石墨烯，特别是涉及一种甜菜碱型两性离子化合物修饰的氧化石墨烯及其制备方法，属于纳米材料表面改性和生物医用材料技术领域。

背景技术

随着生物医学技术的发展，人们对生物医用材料(如骨移植材料、肾渗透膜、心脏起搏器、组织工程支架等)的需求日益增长。但是，大多数材料由于其生物相容性较差，在生物体内易发生蛋白质的非特异性吸附，进而引起凝血、免疫及炎症反应，导致其性能显著降低，甚至危害人体健康。因此，生物相容性对于生物材料的应用至关重要，在生物材料研究中一直备受关注。材料表面的电荷、亲/疏水性、化学组成、形貌等是影响材料与生物体之间界面相互作用的重要因素，是决定材料生物相容性的主要因素。研究发现，在材料表面引入生物相容性良好的物质，可有效改善材料与生物体之间的界面相互作用，提高材料生物相容性。

石墨烯是由碳原子在二维空间上紧密堆积成六边形晶格结构的一种新型材料，其特殊的单原子层结构赋予了它特殊又优异的光学、热学、电学和力学性能。近年来，它已经成为材料科学研究的热点，在生物医学领域的研究也备受瞩目。特别是石墨烯氧化得到的氧化石墨烯，由于其表面含有大量的羟基、羧基和环氧基等含氧基团，易于分散于水中，在药物载体、生物检测、生物成像、肿瘤治疗等生物医学领域得到了广泛的关注。然而，氧化石墨烯的生物相容性较差，在生物体环境中容易发生团聚、引发不良反应，严重地制约其在该领域的应用。鉴于材料表面的电荷、亲/疏水性、化学组成、形貌等是影响材料与生物体之间界面相互作用的重要因素，亦是决定材料生物相容性的主要因素，对氧化石墨烯表面进行修饰，以期改善其生物相容性，具有重要的科学意义和巨大的应用前景。

迄今为止，关于利用甜菜碱型两性离子化合物修饰氧化石墨烯的研究还相对较少。宫铭等人在发明专利申请(一种仿细胞外层膜结构修饰的氧化石墨烯及其制备方法，申请公开号CN104258471A)中，将含有两性离子亲水基团的乙烯基单体和含有氨基的乙烯基单体在引发剂的作用下进行自由基聚合反应得到含氨基的两性离子聚合物，然后将所得含氨基的两性离子聚合物接枝到氧化石墨烯表面，得到含有两性离子亲水基团的仿细胞外层膜结构的氧化石墨烯。改性后的氧化石墨烯具有优异的生物相容性，且该方式不需要添加引发剂，避免了引发剂的残留。由此可见，将两性离子引入氧化石墨烯表面，改善其生物相容性，对构建生物相容性优异的氧化石墨烯具有潜在的应用价值。但是，该方式存在反应选择性差、难以控制氧化石墨烯表面两性离子的接枝率等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过巯基‐烯点击化学反应制备甜菜碱型两性离子化合物修饰的石墨烯材料的方法，所制得的甜菜碱型两性离子化合物修饰的石墨烯材料亲水性和生物相容性大大提高；该制备方法不仅不需要使用引发剂，还具有效率高、选择性强和制备过程及后处理简单等优点。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种甜菜碱型两性离子化合物修饰的氧化石墨烯，其结构式为：

其中，R₁为氢原子或含1～6个碳原子的烷基；R₂和R₃为氢原子、烷基或芳基；R₄为含1～4个碳原子的直链烷基；N⁺为氮正离子，是阳离子中心；A^—为阴离子中心，所述阴离子为SO₃^—或COO^—；L₁是阳离子中心与乙烯基之间的分子链，为或n为1～20的整数；L₂是阳离子中心与阴离子中心之间的分子链，为n为1～20的整数。

所述甜菜碱型两性离子化合物修饰的氧化石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

(1)巯基化氧化石墨烯的制备：将氧化石墨超声分散在醇类溶剂中，调节其pH值至酸性，得到氧化石墨烯分散液；将含巯基的硅烷偶联剂缓慢滴入氧化石墨烯分散液中，在30～100℃下反应6～48小时，得到巯基化氧化石墨烯；所述的含巯基的硅烷偶联剂为γ‐巯丙基三甲氧基硅烷、γ‐巯丙基三乙氧基硅烷、γ‐巯丙基甲基二甲氧基硅烷、γ‐巯丙基甲基二乙氧基硅烷、β‐巯乙基三甲氧基硅烷、β‐巯乙基甲基二甲氧基硅烷、β‐巯乙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或多种；