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
【技术领域】
[0001] 本发明设及氧化石墨締，特别是设及一种甜菜碱型两性离子化合物修饰的氧化石 墨締及其制备方法，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】
[0002] 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、屯、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。
[0003] 石墨締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。特别是石墨締氧化得到的 氧化石墨締，由于其表面含有大量的径基、簇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 墨締的生物相容性较差，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，对氧化石墨締表面进 行修饰，W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。
[0004] 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締的研究还相对较 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締及其制备方法， 申请公开号CN 104258471 A)中，将含有两性离子亲水基团的乙締基单体和含有氨基的乙 締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締表面，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締。改性后的氧化石墨締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締表面，改善其生 物相容性，对构建生物相容性优异的氧化石墨締具有潜在的应用价值。但是，该方式存在反 应选择性差、难W控制氧化石墨締表面两性离子的接枝率等问题。
【发明内容】
阳〇化]本发明的目的在于提供一种通过琉基-締点击化学反应制备甜菜碱型两性离子化 合物修饰的石墨締材料的方法，所制得的甜菜碱型两性离子化合物修饰的石墨締材料亲水 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。
[0006] 本发明目的通过如下技术方案实现：
[0007] 一种甜菜碱型两性离子化合物修饰的氧化石墨締，其结构式为：
[0008]
[0009] 其中，Ri为氨原子或含1~6个碳原子的烷基；R2和R3为氨原子、烷基或芳基； Ra为含1~4个碳原子的直链烷基；N+为氮正离子，是阳离子中屯、；A^为阴离子中屯、，所述 阴离子为5〇3^或0)〇-山1是阳离子中屯、与乙締基之间的分子链，为
或
与1~20的整数；Lz是阳离子中屯、与阴离子中屯、之间的分子链，为 的整数。
[0010] 所述甜菜碱型两性离子化合物修饰的氧化石墨締的制备方法，包括W下步骤：
[0011] (1)琉基化氧化石墨締的制备：将氧化石墨超声分散在醇类溶剂中，调节其抑值 至酸性，得到氧化石墨締分散液；将含琉基的硅烷偶联剂缓慢滴入氧化石墨締分散液中，在 30~100°C下反应6~48小时，得到琉基化氧化石墨締；所述的含琉基的硅烷偶联剂为丫-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种或多种；
[0012] (2)甜菜碱型两性离子化合物修饰的氧化石墨締的制备：将所制得的琉基化氧化 石墨締和乙締类簇酸或横酸甜菜碱型两性离子化合物在醇类溶剂存在的条件下，通过琉 基-締点击反应，在紫外光下照射0. 5~10小时，得到的粗产物用醇类溶剂洗涂，W除去未 反应的硅烷偶联剂、甜菜碱型两性离子化合物及其它副产物；经干燥处理即得到甜菜碱型 两性离子化合物修饰的氧化石墨締；
[0013] 所述的乙締类簇酸或横酸甜菜碱型两性离子化合物的结构通式为：
[0014]
[0015] 其中，Ri为氨原子或含I~6个碳原子的烷基；Rz和Rs为氨原子、烷基或芳基；N+ 为氮正离子，是阳离子中屯、；A-为阴离子中屯、，阴离子为5〇3^或COCT;L1是阳离子中屯、与乙 締基之间的分子链，
n为1~20的整数；Lz是阳 离子中屯、与阴离子中屯、之间的分子链，为-
n为1~20的整数。该制备方法是一 种通过琉基-締点击化学反应制备的甜菜碱型两性离子化合物修饰的氧化石墨締的方法。
[0016] 为进一步实现本发明目的，所述氧化石墨通过改进的Hummers方法氧化制得：将 石墨和高儘酸钟按质量比1:3~1:10混合均匀，在冰浴条件下，边揽拌边滴加浓硫酸和憐 酸混合物，再升溫至40~80°C，反应8~24小时；待反应体系恢复至室溫，将所得混合物 倒入〇°C的冰水中，并滴加过氧化氨溶液至混合物呈金黄色且不再有气泡冒出；所得产物 经稀盐酸、去离子水洗涂、离心直到上层清液呈中性为止；除去上层清液，将离屯、得到的产 物烘干，得到氧化石墨；
[0017] 所述的石墨为致密结晶状石墨、鱗片石墨、膨胀石墨和预氧化石墨中的一种或多 种。
[0018] 所述浓硫酸和憐酸的体积比为6:1~12:1 ;所述过氧化氨溶液的质量浓度为 20 ~40%。
[0019] 优选浓硫酸的质量浓度为98 % ;浓硫酸和憐酸总体积为400mU冰水的体积为 400血D
[0020] 所述的醇类溶剂优选为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正下醇、正戊醇、正己醇、正庚 醇、环己醇、乙二醇、丙二醇、丙S醇、季戊四醇中的一种或多种。
[0021] 所述的氧化石墨締与含琉基的硅烷偶联剂的质量比为1:1~1:20 ;含琉基的硅烷 偶联剂和乙締类甜菜碱型两性离子化合物的摩尔比为1:0. 2~1:1. 5。
[0022]所述的乙締类甜菜碱型两性离子化合物为N，N-二甲基（甲基丙締酷氧乙基）锭 基丙横酸内盐、N，N -二甲基-N -甲基丙締酷胺基丙基-N -丙烷横酸内盐、N，N -二甲基-N -丙締酷胺基丙基-N -丙烷横酸内盐、N，N -二甲基（丙締酷氧乙基）锭基丙横酸内盐、 N，N -二甲基-N -甲基丙締酷胺基乙基-N -丙烷横酸内盐、N，N -二甲基-N -甲基丙締 酷胺基丙基-N -乙酸内盐、N，N -二甲基-N -丙締酷胺基丙基-N -乙酸内盐、N，N -二甲 基-N-甲基丙締酷氧乙基-N-乙酸内盐、N，N -二甲基-N-丙締酷氧乙基-N-乙酸内 盐、N，N -二甲基-N -甲基丙締酷氧乙基-N -丙酸内盐等中的一种或多种。
[002引所述步骤（1)的抑值调节至为2~6 ;步骤似使用的紫外光的波长小于400皿。[0024]本发明所公开的甜菜碱型两性离子修饰的氧化石墨締是一种黑色层状固体，在水 中具有良好的分散性，且具有良好的生物相容性。
[00巧]本发明将引入效率高、选择性强的琉基-締点击化学反应作为修饰手段，提供一种 制备甜菜碱型两性离子化合物修饰的氧化石墨締材料的新方法。研究发现，甜菜碱型两性 离子化合物与水分子间有很强的静电相互作用，可W使其表面具有一层稳定的水层，从而 使具有甜菜碱基团的表面具有优异的抵抗非特异性蛋白吸附、细菌、微生物粘附W及抗凝 血功能，显著改善表面的生物相容性。将甜菜碱型两性离子化合物引入到氧化石墨締表面， 则可W有效地改善氧化石墨締的生物相容性、易团聚等问题。甜菜碱型两性离子化合物主 要包括憐锭两性离子、簇酸两性离子和横酸两性离子。2-甲基丙締酷氧乙基憐酷胆碱是 最早被应用于制备抗粘附表面的憐锭两性离子。但是，憐酸两性离子的合成过程繁琐，产率 低，且不易提纯，成本高，限制了其实际应用。相比较而