扫描电镜(SEM)图像，表面层为还原氧化石墨烯膜。
[0052]图23是实施案例中的压缩强度测试对照表。
【具体实施方式】
[0053]下面结合实例进一步说明本发明的具体内容及其实施方式。
[0054]实施实例:
[0055]制备具有不同还原程度的石墨烯涂层与壳聚糖三维支架的复合材料，具体实验条件如下:
[0056]I)将壳聚糖粉末溶解在体积浓度为2%的冰醋酸溶液中，搅拌2h，配成浓度为4%(w/v)的壳聚糖溶液，超声处理lh，静置，脱除气泡。
[0057]2)将步骤(I)中的壳聚糖溶液注入模具中，在4°C环境中静置12h，再转移到-20V的环境中冷冻处理24h，再放入冷冻干燥机中冷冻干燥48h。
[0058]3)将步骤(2)中的多孔支架浸泡在0.5%氢氧化钠溶液中，中和残余醋酸，再用去离子水浸泡、清洗至中性;再次冷冻干燥。
[0059]4)利用改良的Hummers法制备氧化石墨:
[0060]①将1.5g硝酸钠溶于69ml浓硫酸中，加入2g石墨，搅拌均匀。
[0061 ]②放入冰水浴中，缓慢加入高锰酸钾9g。
[0062]③冰水浴保持12小时。
[0063]④升温至40摄氏度，保持I小时。
[0064]⑤升温至60摄氏度，保持18h。
[0065]⑥冷却至室温，加入200ml冰水。
[0066]⑦滴加双氧水，至无气泡产生，溶液变成亮黄色。
[0067]⑧用盐酸离心清洗，再用去离子水离心清洗至上清液接近中性。
[0068]把得到的氧化石墨原液与无水乙醇混合，350w超声处理Ih，配置浓度分别为O，
0.02,0.1, lmg/ml的氧化石墨稀分散液。
[0069]5)把步骤(3)得到的壳聚糖支架浸入步骤(4)得到的氧化石墨烯分散液中，保持48h，用无水乙醇清洗数次，最后在空气中干燥，得到复合支架；
[0070]6)把步骤(5)中支架在真空环境中进行阶梯式加热:60°C下12h，120°C下12h，150°C下12h，得到具有不同还原程度的氧化石墨烯涂层的壳聚糖支架。
[0071 ] 7)对复合支架进行XRD测试，孔隙率测试，FTIR测试，SEM测试，XPS测试，压缩强度测试。
[0072]根据上述发明所举的方法，可以制备出石墨烯材料涂覆的壳聚糖三维支架，其特征如下:
[0073]I)宏观光学图片上可以看出，氧化石墨烯分散液浸泡的纯壳聚糖支架，随着温度的升高，壳聚糖表面颜色变黄;涂覆了氧化石墨烯后，壳聚糖表面颜色变成褐色，随着加热温度的升高，逐渐变成了黑色。
[0074]2)采用酒精替代法对所制样品进行孔隙率分析，结果表明，所有支架(涂覆前后)孔隙率都保持在92%左右。随着使用的氧化石墨烯浓度的增加，孔隙率呈现略有减小的趋势。
[0075]3)X射线衍射分析显示，所有支架都具有壳聚糖的典型衍射峰:2Θ = 14.9°和2Θ =20.4°，说明氧化石墨烯涂覆的壳聚糖经过阶梯加热，壳聚糖的相结构基本没有发生变化；相比于基体壳聚糖，氧化石墨烯含量很少，因此未能明显观测到复合支架中的(还原)氧化石墨烯衍射峰。其它条件相同，涂覆在玻璃片上的氧化石墨烯涂层，随着加热温度的提高，可以看到，衍射主峰由60°C时的12.04。移至13.65° (升温至120°C )以及23.52° (150°C的加热温度)，说明氧化石墨烯在逐渐被还原。
[0076]4)对所制样品进行傅里叶变换红外吸收光谱分析，发现所有支架都呈现出壳聚糖典型吸收峰:1085cm—1处为糖类的特征C-O伸缩振动吸收峰，1583cm—1处为酰胺I峰带，1384cm—1处为酰胺Π峰带，2861cm—1处为壳聚糖烷基的C-H伸缩振动峰，3458cm—1处为-OH伸缩振动峰。未发现明显的氧化石墨烯吸收峰，这是由于氧化石墨烯含量相对壳聚糖来说非常少，吸收峰相对强度低。涂覆在玻璃片上的氧化石墨烯膜则呈现出氧化石墨烯的特征吸收峰:1035,1225,1627，1739cm—1分别对应于环氧基的C-O吸收峰，C-OH吸收峰，C = C吸收峰和-COOH的C-O吸收峰，3455cm—1则对应O-H吸收峰。随着加热温度升高，氧化石墨烯膜对应的吸收峰强度都在下降，也说明氧化石墨烯在逐渐被还原。
[0077]5)为了进一步确定成分和结合状态，我们对制备的样品进行了 X射线光电子能谱分析。结果表明，壳聚糖支架分别经经60 °C、120°C、150 °C不同温度处理后，Cl s和NI s结合能峰位及峰形基本没有发生变化，说明低温加热没有改变壳聚糖的结构和成分。其中C元素的XPS能谱中，284.4eV的结合能对应于sp2C = C，285.7eV、286.5eV、287.7eV分别对应于sp2N-C、C-0、C-0-C;N元素的XPS能谱中，399.1eV的结合能对应于吡啶氮。对氧化石墨烯胶体加热还原后的样品以8的乂?3谱图去卷积处理后结果表明，284.46￥、285.46￥、286.86￥、287.76￥、288.66￥和289.26￥可以分别归属为3口20 = (:、8口3(:-(:、(:-0!1、(:-0-(:、0 = (:-0!1和0 = 0基团。对比经60 0C , 120 0C , 150 0C加热还原处理的样品的Cls可以看出，高于120°C加热处理，石墨烯片上的环氧官能团发生了分解去氧化作用，高于150°C热还原可以有效去除样品中的氧含量，得到具有不同还原程度的石墨烯涂层。XPS分析结果与FTIR分析结果一致。涂覆石墨烯层的壳聚糖样品的Cls的XPS谱图经分峰处理后可以得到如下结果:284.0eV(Sp2C-C)、284.4eV(Sp2C = C)、285.3eV(sp3C-C/sp2N-C)、286.7eV(C_0H)、287.8eV(C-0_C)、288.6(0 = C_0H)、289.6eV(C = 0)。从Cls的XPS谱图中可以看出，样品中的Cls既有来自于石墨烯中的碳芯能级能谱，又有壳聚糖中C元素的贡献结果，因此可以说吗石墨烯有效涂覆在了壳聚糖支架表面。在60°C还原温度下获得的涂覆石墨烯的壳聚糖样品中的N元素的化学环境为吡啶氮和石墨氮，120 °C还原的样品中的N芯能级为399.2eV(卩比啶氮)和400.5eV(石墨氮，graphitic-见或吡咯氮，N-H)，150°C还原后测试得到的Nls的XPS谱图对应于吡啶氮(399.4eV)。
[0078]6)采用扫描电子电镜分析所制备样品的表面形貌。可以看出，支架孔径均较为均匀，孔径尺寸在150-300μπι之间，孔洞取向有序度高，呈柱状，说明石墨烯涂层及升温处理对壳聚糖的多孔结构影响不大。氧化石墨烯涂覆的复合支架，孔壁有褶皱出现，说明孔壁上形成了氧化石墨烯涂层，且随着加热温度的升高，褶皱程度增加，这是由于氧化石墨烯涂层逐渐被还原形成了典型的还原氧化石墨烯膜的缘故。
[0079]7)对所制备样品进行压缩强度测试，压缩比例为25%。可以看出，随着壳聚糖支架所浸泡GO分散液浓度的增加，加热温度的升高，支架的压缩强度是在逐渐增大的。经浓度为lmg/ml氧化石墨烯分散液浸泡的复合支架在150°C下加热后产物的压缩强度是纯壳聚糖支架60°C下加热后产物的1.7倍。这说明，氧化石墨烯涂层能很大程度上提高壳聚糖支架的力学性能。
【主权项】
1.一种石墨稀材料涂覆壳聚糖三维支架的制备方法，步骤如下: 1)将壳聚糖粉末溶解在醋酸水溶液中，制备具有一定浓度的壳聚糖溶液； 2)将步骤I)中的壳聚糖溶液注入24孔板模具中，冷冻成型，然后用真空冷冻干燥机干燥，获得具有多孔结构的壳聚糖支架； 3)将步骤2)中的多孔支架浸泡在碱溶液中，中和残余醋酸，再用去离子水清洗至中性，再次冷冻干燥； 4)利用改良的Hummers法制备氧化石墨稀，将之与无水乙醇混合，超声处理，得到具有不同浓度的氧化石墨烯分散液； 5)把步骤3)得到的壳聚糖支架浸入步骤4)得到的氧化石墨烯分散液中，最后在空气中干燥，得到复合支架； 6)把步骤5)中支架在真空环境中进行阶梯式加热，得到具有不同还原程度的氧化石墨烯涂层的壳聚糖支架。2.根据权利要求1所述一种石墨烯材料涂覆壳聚糖三维支架的制备方法，其特征在于，步骤I)中所述壳聚糖溶液浓度为I?4% (w/v)。3.根据权利要求1所述一种石墨稀材料涂覆壳聚糖三维支架的制备方法，其特征在于，步骤I)中所用述醋酸水溶液浓度为2% (v/v)。4.根据权利要求书I所述一种石墨稀材料涂覆壳聚糖三维支架的制备方法，其特征在于，步骤2)中所用24孔板模具材质为聚苯乙烯;所述冷冻温度为-20°C，冷冻干燥温度为-60Γ。5.根据权利要求书I所述一种石墨稀材料涂覆壳聚糖三维支架的制备方法，其特征在于，步骤3)所用碱为NaOH，碱浓度为0.5mg/ml。6.根据权利要求书I所述一种石墨稀材料涂覆壳聚糖三维支架的制备方法，其特征在于，步骤4)所用石墨粉为阿尔法公司生产的325目天然石墨鳞片；超声处理功率为350w，超声时间为Ih;氧化石墨稀浓度为O?lmg/ml。7.根据权利要求书I所述一种石墨稀材料涂覆壳聚糖三维支架的制备方法，其特征在于，步骤(6)中加热温度分别是60，120，150°(:，每个温度段时间为12小时。
【专利摘要】本发明提供了一种具有不同还原程度氧化石墨烯涂层的壳聚糖支架的制备方法。具体包括通过冷冻干燥法制备具有多孔结构的壳聚糖支架材料，再浸泡在不同浓度的氧化石墨烯分散液中，将氧化石墨烯片通过静电相互作用以及氢键作用吸附在壳聚糖孔壁上，干燥，最后进行阶梯加热还原，得到力学强度得到很大提高，具有不同还原程度石墨烯涂层的壳聚糖支架，其在神经组织工程方面具有很好的应用前景。本发明的方法操作简单，可大量制备所需产品。
【IPC分类】A61L27/30, A61L27/56, A61L27/50, A61L27/20
【公开号】CN105688285
【申请号】CN201610051206
【发明人】王欣, 文少林, 王赞
【申请人】吉林大学
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2016年1月26日