專利名稱：生理條件下穩(wěn)定的納米氧化石墨烯及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米碳質(zhì)化合物，尤其涉及一種在生理條件下具有良好穩(wěn)定性
的納米氧化石墨烯及其制備方法。
背景技術(shù)：
納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。其中一個重要用途就是其作為載體，將藥物輸送到人體內(nèi)特定的器官組織，從而起到靶向治療的作用。用于載藥體系的納米材料，必須具有良好的生物相容性和較低的生物毒性，并且在生理條件下穩(wěn)定，不發(fā)生聚集。這些要求一般通過納米材料表面改性來實現(xiàn)。目前，較為常用的表面改性是對納米材料表面進(jìn)行聚乙二醇修飾。這樣獲得的納米材料的生物相容性和生理條件下的穩(wěn)定性都有顯著提高。但是，這種方法存在一些缺點(diǎn)，即聚乙二醇修飾劑的價格昂貴，納米材料的制備成本很高，如果應(yīng)用于臨床，勢必會給消費(fèi)者帶來很大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。 氧化石墨烯是一種由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的一種碳質(zhì)新材料，它可以在氧化和超聲的條件下利用市售塊體石墨制得。這樣制備的氧化石墨烯帶有多種含氧基團(tuán)，如羧基、羥基、環(huán)氧基等，這些親水性基團(tuán)使氧化石墨烯能夠溶于水，并具有一定的穩(wěn)定性。通過進(jìn)一步的修飾，可以獲得水穩(wěn)定性更好的氧化石墨烯(SiY and Samulski ET.Nano Lett.， 2008， 8(6) : 1679-1682)。 但是，上述氧化石墨烯在含鹽的溶液如磷酸緩沖液或細(xì)胞培養(yǎng)基中的穩(wěn)定性仍然較差。文獻(xiàn)上有通過分支狀的聚乙二醇修飾而獲得生理條件下穩(wěn)定的氧化石墨烯的報道(SunX， LiuZ， WelsherK， RobinsonJT， Goodwin A， Zaric S， and Dai H.Nano Res， 2008， 1 : 203-212 ; Liu A， RobinsonJT， SunX， andDaiH.JAmChemSoc， 2008， 130(33): 10876-10877)。 但是，這種方法成本較高，且產(chǎn)量較低。限制了石墨烯在生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的研究及應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為提高納米氧化石墨烯在生理條件下的穩(wěn)定性，并低成本量產(chǎn)以滿足其在生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的深入研究所需，本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種在生理條件下穩(wěn)定的納米氧化石墨烯，并提供這種納米氧化石墨烯的制備方法。 實現(xiàn)本發(fā)明第一個目的的技術(shù)方案是生理條件下穩(wěn)定的納米氧化石墨烯，其特征在于該納米氧化石墨烯在原有成品基礎(chǔ)上，通過進(jìn)一步的化學(xué)修飾還含有乙酸官能團(tuán)和磺酸官能團(tuán)兩種親水性基團(tuán)。
進(jìn)一步地，前述的生理條件下穩(wěn)定的納米氧化石墨烯，其長度和寬度均介于20nm-100nm，其厚度介于lnm-2nm。此外，通過修飾羧基官能團(tuán)和磺酸官能團(tuán)，使得該納米氧化石墨烯的Z電勢可達(dá)到-116mV。
實現(xiàn)本發(fā)明第二個目的的技術(shù)方案是 生理條件下穩(wěn)定的納米氧化石墨烯的制備方法，采用Hummer法將鱗片石墨氧
3化，繼而采用超聲法將氧化石墨烯片剝離，再對氧化石墨烯片采用探頭超聲的方法碎化
成納米尺度，其特征在于對上述納米級的氧化石墨烯以水浴超聲法進(jìn)行乙酸化修飾引
入酸基官能團(tuán)，再對所述氧化石墨烯進(jìn)行苯磺酸化修飾邊緣引入磺酸基。
更進(jìn)一步地，前述生理條件下穩(wěn)定的納米氧化石墨烯的制備方法，其中用于乙
酸化修飾的化學(xué)物質(zhì)為氯乙酸鈉或氯乙酸或其它a-鹵代羧酸化合物；而用于苯磺酸化修
飾的化學(xué)物質(zhì)為對氨基苯磺酸、間氨基苯磺酸或2-氨基-l， 4-苯二磺酸。 本發(fā)明設(shè)計的納米氧化石墨烯，能夠提高氧化石墨烯在含鹽溶液或細(xì)胞培養(yǎng)基
中的穩(wěn)定性，為納米氧化石墨烯在生理條件下的醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了有力保障。并且通過本
發(fā)明介紹的制備方法，較之于聚乙二醇修飾法能切實降低制造成本，利于量產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明納米氧化石墨烯的制備方法工藝流程 圖2是本發(fā)明納米氧化石墨烯的原子力顯微鏡照片；
圖3是本發(fā)明納米氧化石墨烯的紅外圖譜。
具體實施例方式
為提高納米氧化石墨烯在生理條件下的穩(wěn)定性，并低成本量產(chǎn)以滿足其在生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的深入研究所需，本發(fā)明提供了一種在含鹽溶液或細(xì)胞培養(yǎng)液等生理條件下具有足夠穩(wěn)定性的納米氧化石墨烯，該納米氧化石墨烯在原有成品基礎(chǔ)上，通過進(jìn)一步的化學(xué)修飾還含有乙酸官能團(tuán)和磺酸官能圖兩種親水性基團(tuán)。如圖3所示的該納米氧化石墨烯紅外圖譜，能夠證明所述的乙酸官能團(tuán)和磺酸官能團(tuán)成功連接到納米氧化石墨烯之上。 以下通過具體實例，詳述本發(fā)明納米氧化石墨烯的制備方法。 如圖1所示的本發(fā)明制備方法的工藝流程圖所示可以看到該氧化石墨烯的制
備過程大致可以分為三個部分，包括納米氧化石墨烯的制備、納米氧化石墨烯的乙酸化
修飾以及上述納米氧化石墨烯的苯磺酸化修飾。具體來看 第一步、納米氧化石墨烯的制備 將20g過硫酸鉀和5g五氧化二磷溶于30ml濃硫酸溶液中，并將溶液的溫度控制在6(TC;然后加入50g石墨鱗片1，反應(yīng)6-10h，冷卻到室溫后，再用水將其洗成中性，自然干燥成粉末。將上述粉末，加入到300ml事先已預(yù)冷到0t:的濃硫酸中。在攪拌的同時緩慢加入40g高錳酸鉀，并使溫度保持在2(TC以下。將混合物的溫度升至5(TC，并攪拌2h，然后加入1000ml純水。為中止氧化反應(yīng)，加入2.8升純水和100ml濃度為30X的過氧化氫。將混合物過濾后用l : IO的鹽酸溶液充分洗滌以除去溶液中的金屬離子，最后將所得到的棕黃色的氧化石墨產(chǎn)物2溶于水。將上述氧化石墨用超聲2h， 10000轉(zhuǎn)/分鐘離心30min到lh，上清液即為氧化石墨烯3，進(jìn)一步超聲可制備出納米尺度的氧化石墨烯4。 第二步、納米氧化石墨烯的乙酸化修飾 先將10g氫氧化鈉和5g氯乙酸鈉加到50mL水中溶解，然后加入到約含100mg納米氧化石墨烯2的溶液中。水浴超聲3h，保持溫度在5(TC以下。反應(yīng)后，氧化石墨烯上的羥基被氯乙酸鈉的COOH取代。反應(yīng)后，棕色的氧化石墨烯溶液變成黑色，說明
在強(qiáng)堿性條件下，氧化石墨烯被部分還原。
第三步、上述納米氧化石墨烯的苯磺酸化修飾 取lml濃鹽酸加入到13ml水中，并控制其溫度在2(TC左右。另取100mg氨基苯磺酸用20ml0.25X的氫氧化鈉溶解，并在不斷攪拌下加入60mg亞硝酸鈉，將此溶液緩慢滴入上述鹽酸溶液中，并控制溫度在l(TC以下。反應(yīng)30min后，向其中加入納米氧化石墨烯100mg，冰浴攪拌2h，室溫攪拌過夜，最后透析除去小分子化合物，便制得本發(fā)明生理條件下穩(wěn)定的納米氧化石墨烯5。 Zeta電位分析儀測定結(jié)果顯示，經(jīng)上述兩步修飾后的納米氧化石墨烯的Zeta電勢達(dá)到-116mV。 上述具體的制備工藝僅是作為示例給出的，其中乙酸化修飾及磺酸化修飾所用的化合物質(zhì)并不僅僅局限于上述例子中所提及的材料。例如用于羧酸化修飾的化學(xué)物質(zhì)可以是氯乙酸鈉，也可以是氯乙酸或其它具有相同羧基官能團(tuán)的a-鹵代羧酸化合物；用于苯磺酸化修飾的化學(xué)物質(zhì)可以是對氨基苯磺酸、間氨基苯磺酸或2-氨基-l， 4-苯二磺酸等。 本發(fā)明制備的納米氧化石墨烯的平均厚度尺寸在lnm-2nm之間，長寬尺寸在20nm-100nm之間。常規(guī)氧化石墨烯的Z電勢約為-86mV，而本發(fā)明制得的納米氧化石墨烯含有兩種親水性基團(tuán)——COOH官能團(tuán)(乙酸基)和S03H官能團(tuán)(磺酸基)，這兩種基團(tuán)的共同作用使納米氧化石墨烯的Z電勢可達(dá)-116mV，在生理條件下具有良好的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
生理條件下穩(wěn)定的納米氧化石墨烯，其特征在于所述納米氧化石墨烯含有乙酸官能團(tuán)和磺酸官能團(tuán)兩種親水性基團(tuán)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生理條件下穩(wěn)定的納米氧化石墨烯，其特征在于所述納米氧化石墨烯的長度和寬度均介于20nm-100nm，其厚度介于lnm-2nm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生理條件下穩(wěn)定的納米氧化石墨烯，其特征在于所述納 米氧化石墨烯的Z電勢達(dá)到-116mV。
4. 生理條件下穩(wěn)定的納米氧化石墨烯的制備方法，采用Hummer法將鱗片石墨氧化， 繼而采用超聲法將氧化石墨烯片剝離，再對氧化石墨烯片采用探頭超聲的方法碎化成納 米尺度，其特征在于對上述納米級的氧化石墨烯以水浴超聲法進(jìn)行羧酸化修飾引入羧 基官能團(tuán)，再對所述氧化石墨烯進(jìn)行苯磺酸化修飾邊緣引入磺酸基。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的生理條件下穩(wěn)定的納米氧化石墨烯的制備方法，其特征在 于所述用于羧酸化修飾的化學(xué)物質(zhì)為氯乙酸鈉、氯乙酸或其它a-鹵代羧酸化合物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的生理條件下穩(wěn)定的納米氧化石墨烯的制備方法，其特征在 于所述用于苯磺酸化修飾的化學(xué)物質(zhì)為對氨基苯磺酸、間氨基苯磺酸或2-氨基-l， 4-苯二磺酸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生理條件下穩(wěn)定的納米氧化石墨烯，其特征在于該納米氧化石墨烯在原有成品基礎(chǔ)上，通過進(jìn)一步的化學(xué)修飾還含有羧酸官能團(tuán)和磺酸官能團(tuán)兩種親水性基團(tuán)。首先采用Hummer法將鱗片石墨氧化，繼而采用超聲法將氧化石墨烯片剝離，再對氧化石墨烯片采用探頭超聲的方法碎化成納米尺度，最后對上述納米級的氧化石墨烯以水浴超聲法進(jìn)行羧酸化修飾引入羧基官能團(tuán)，并對所述氧化石墨烯進(jìn)行苯磺酸化修飾在其邊緣引入磺酸基。該納米氧化石墨烯能夠提高氧化石墨烯在含鹽溶液或細(xì)胞培養(yǎng)基中的穩(wěn)定性，為納米氧化石墨烯在生理條件下的醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供有力保障；并且通過該制備方法，較之于聚乙二醇修飾法能切實降低制造成本，更有利于量產(chǎn)。
文檔編號B82B3/00GK101691204SQ20091018392
公開日2010年4月7日 申請日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者夏景光, 張智軍, 張立明 申請人:蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所