专利名称：一种用于肽组学分离富集的磁性石墨烯介孔材料的合成方法
技术领域：
本发明属于先进纳米孔吸附剂材料与纳米技术领域，具体涉及一种用于肽组学分离富集的磁性石墨烯介孔材料的合成方法。
背景技术：
随着现代科技的发展，人们对于肽组学在人类健康和疾病诊断的重要性有了更深层次的认识。根据文献报道，肽段在生物过程中处在中心位置，尤其是一些荷尔蒙、细胞激素、成长因子已经被认识和研究多年，其中纳米材料作为肽/蛋白组学的分离分析的材料，已经被广泛接纳与应用。近些年，石墨烯材料的研究日趋成熟，由于其具有优异的力学、热学、电学和磁学性能，有望在高性能纳电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器、能量储存等领域获得广泛应用。在肽/蛋白组学分离分析中，目前国际上通用的分离分析材料主要有纳米微球、碳纳米管等，但是这些材料表面积小，能修饰上的功能团有限，从而在某种意义上制约了肽/蛋白组学中，对于相关肽段/蛋白的特异性分离富集的应用。石墨烯近年来迅速成为材料科学和凝聚态物理领域的研究热点之一。研究表明，石墨烯有许多优异的物理化学性质，具有广阔的表面积，机械强度高，具有规则的结构易于修饰等等，十分适用于吸附分离方面的研究。而介孔材料在上世纪90年代迅速兴起，具有的孔道大小均匀、排列有序、孔径可在2-50nm范围内连续调节等特性，使其在分离提纯、生物材料、催化、新型组装材料等方面有着巨大的应用潜力。并且采用模板合成法可以创造性制备出具有预定孔径尺寸、各种表面性质、孔道尺寸的介孔材料。比如组织化程度很高的的介孔材料在药物输送中被用来实现对药物的持续释放、控制释放或脉冲释放；它们的大比表面积可以被用来提高药物溶解性；低密度允许它们漂浮在胃肠道，延长胃保留的口服药物的时间；材料表面易于修饰的特性，可以使其很容易修饰上一些具有生物粘附的基团，靶向基团等；此外，其内部的孔道可以保护生物有效负载的降解，有一些无机介孔材料可以合成来用作一些药物的储存器。因此，将介孔材料与石墨烯材料进行结合，将十分有助于在肽/蛋白组学中，对于特异性肽段/蛋白分离富集研究。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于肽组学分离富集的磁性石墨烯介孔材料的合成方法。本发明内容为一种用于肽组学分离富集的磁性石墨烯介孔材料的合成方法，具体步骤如下
(1)将石墨烯分散在浓硝酸中，60°C机械搅拌6-8小时酸化，洗涤至中偏酸性(pH值为6-7)，烘干；
(2)将步骤(I)所得的酸化石墨烯、柠檬三酸钠与六水和三氯化铁分散在乙二醇中，力口入乙酸钠及聚已二醇转移至反应釜中200°C下反应8-12小时，其中，酸化石墨烯、柠檬三酸钠、六水和三氯化铁、乙酸钠和聚已二醇的质量比为(1-8) 1.5:1.5 35:20 ；
(3)将步骤(2)所得的产物与表面活性剂分散到溶剂中后，加入硅源，在室温下搅拌一段时间使硅源预水解，将所得的最终混合溶液在60°C机械搅拌12小时，其中，步骤(2)所得的产物与表面活性剂的质量比为1:10 ;
(4)将步骤(3)所得的产物置于萃取溶剂中回流处理12小时，萃取去除表面活性剂；
(5)将步骤(4)所得的产物干燥，并在550-600°C、氮气保护条件下煅烧3_4小时，即得到用于肽组学分离富集的磁性石墨烯介孔材料。本发明中，步骤(2 )中所使用的表面活性剂是十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠或硬脂酸中的一种或几种。本发明中，步骤(3)中所使用的硅源是正硅酸乙酯的乙醇溶液，其中，正硅酸乙酯与乙醇的体积比是1:4。本发明中，步骤(3)中所使用的溶剂是聚乙二醇溶液、乙醇/水混合溶液或去离子水中的一种或几种。本发明中，步骤(4)中所使用的萃取溶剂是乙醇、四氢呋喃或丙酮中的一种或几种。本发明所提供的一种具有介孔结构、表面疏水的磁性介孔石墨烯吸附剂材料及其制备方法结合了凝胶溶胶法以及溶剂萃取造孔法，介孔孔径可调、孔道结构清晰、比表面积高、表面功能基团丰富的等诸多特点，肽/蛋白组学分离富集材料，可以利用其选择性与体积排阻特性特异性吸附具有一定官能团或者一定大小的肽段/蛋白质。合成过程中，首先将石墨烯进行酸化，后与三氯化铁分散在聚乙二醇中，转移反应釜高温高压反应，得到产物分散到乙醇/水中，加入硅源和表面活性剂，然后在室温下搅拌一段时间使硅源预水解，将所得的最终混合溶液机械搅拌，进一步置于溶剂中回流处理，萃取去除表面活性剂，最后高温煅烧，获得具有介孔结构、表面疏水的磁性介孔石墨烯材料。其中介孔是由表面活性剂造成的孔，磁性是由Fe3O4造成。本发明合成的具有介孔结构、表面疏水的磁性介孔石墨烯材料，骨架介孔硅覆盖的大表面积石墨烯，其介孔主要为柱形孔道，孔径在2. 8 nm左右，其表面负载的磁性小球数量可调，材料的比表面积为167.8 cm2/g、孔体为0.2 cm3/g,修饰在大表面积石墨烯上的磁性小球，以及负载在二者之上的介孔硅材料，表面经过高温处理，得到疏水性的孔壁及其材料表面。所得的材料磁球数量可以通过控制实验条件和配方进行调节。本发明中所涉及的具有介孔结构、磁性石墨烯材料吸附剂材料，合成方法简单新颖，使用酸化石墨烯、三氯化铁、正硅酸乙酯作为原料，十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂做模板剂，通过温和的溶剂萃取去除模板剂就可创造多级孔结构，同时能够确四氧化三铁磁球能够均匀可控地分散在石墨烯骨架表面，其功能基团、介孔大小易于控制；同时，该材料巨大的表面积与数量庞大、紧密排列、大比表面积的介孔结构有利于目标肽段的吸附。另夕卜，其石墨烯二氧化硅骨架具有无毒害特点，且其表面还可以修饰其他相关功能性基团，因此可以在分离富集的同时，保持目标物质的生物活性，在生物医学平台有广阔的应用。
图1.实施例1中合成的用于肽组学分离富集的磁性石墨烯介孔材料的扫描电子显微镜照片(2微米)；
图2.实施例1中合成的用于肽组学分离富集的磁性石墨烯介孔材料的扫描电子显微镜照片(I微米)；
图3.实施例1中合成的用于肽组学分离富集的磁性石墨烯介孔材料的透射电子显微镜照片(0. 2微米)；
图4.实施例1中合成的用于肽组学分离富集的磁性石墨烯介孔材料的透射电子显微镜照片(50纳米)。
具体实施例方式下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。实施例1.
(I)将石墨烯分散在浓硝酸中，60°C机械搅拌6小时后，用氢氧化钠溶液滴加至呈中偏酸性，烘干。(2)将800mg FeCl3*6H20溶解到乙二醇中，加入0. 15g柠檬三酸钠及步骤(I)所得的150mg酸化石墨烯，超声分散两小时后，加入3. 5g乙酸钠及2g PEG-20000，200°C反应釜中高温高压反应8-12小时。(3)将步骤(2)所获得的50mg亲水磁性石墨烯与500mg十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂分散到50ml去离子水中并超声半小时，加入400ml去离子水以及50ml 0. OlM氢氧化钠溶液，超声10分钟后，加入2. 5ml正硅酸乙酯乙醇溶液(正硅酸乙酯乙醇的体积比为1:4)，60°C机械搅拌反应12小时，洗涤干燥。(4)用60ml丙酮回流洗去十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂；
(5)干燥并在550-600°C、氮气保护条件下煅烧3-4小时即得到具有介孔结构、表面疏水的磁性介孔石墨烯材料。介孔主要为柱形孔道，孔径在2. 8 nm左右，其表面负载的磁性小球数量可调，材料的比表面积为167.8 cm2/g、孔体为0.2 cm3/g。附图1-4是合成的用于肽组学分离富集的磁性石墨烯介孔材料，显示出该材料具有排列有序的结构特点，其中四氧化三铁磁球分布在石墨烯表面，整个材料表面覆盖介孔硅材料。实施例2
(I)将石墨烯分散在浓硝酸中，60°C机械搅拌6小时后，用氢氧化钠溶液滴加至呈中偏酸性，烘干。(2)将200mg FeCl3*6H20溶解到乙二醇中，加入0. 15g柠檬三酸钠及步骤(I)所得的150mg酸化石墨烯，超声分散两小时后，加入3. 5g乙酸钠及2g PEG-20000，200°C反应釜中高温高压反应8-12小时。(3)将步骤(2)所获得的50mg亲水磁性石墨烯与500mg十二烷基苯磺酸钠表面活性剂分散到50ml去离子水中并超声半小时，加入400ml去离子水以及50ml 0. OlM氢氧化钠溶液，超声10分钟后，加入2. 5ml正硅酸乙酯乙醇溶液(正硅酸乙酯乙醇的体积比为1:4)，60°C机械搅拌反应12小时，洗涤干燥。(4)用60ml乙醇回流洗去十二烷基苯磺酸钠表面活性剂； (5)干燥并在550-600°C、氮气保护条件下煅烧3-4小时即得到具有介孔结构、表面疏水的磁性介孔石墨烯材料。介孔主要为柱形孔道，孔径在2. 8 nm左右，其表面负载的磁性小球数量可调，材料的比表面积为167.8 cm2/g、孔体为0.2 cm3/g。实施例3
(I)将石墨烯分散在浓硝酸中，60°C机械搅拌6小时后，用氢氧化钠溶液滴加至呈中偏酸性，烘干。(2)将600mg FeCl3*6H20溶解到乙二醇中，加入0. 15g柠檬三酸钠及步骤(I)所得的150mg酸化石墨烯，超声分散两小时后，加入3. 5g乙酸钠及2g PEG-20000，200°C反应釜中高温高压反应8-12小时。(3)将步骤(2)所获得的50mg亲水磁性石墨烯与500mg硬脂酸表面活性剂分散到50ml去离子水中并超声半小时，加入400ml去离子水以及50ml 0. OlM氢氧化钠溶液，超声10分钟后，加入2. 5ml正硅酸乙酯乙醇溶液(正硅酸乙酯乙醇的体积比为1:4)，60°C机械搅拌反应12小时，洗涤干燥。(4)用60ml四氢呋喃回流洗去硬脂酸表面活性剂；
(5)干燥并在550-600°C、氮气保护条件下煅烧3-4小时即得到具有介孔结构、表面疏水的磁性介孔石墨烯材料。介孔主要为柱形孔道，孔径在2. 8 nm左右，其表面负载的磁性小球数量可调，材料的比表面积为167.8 cm2/g、孔体为0.2 cm3/g。实施例4
(I)将石墨烯分散在浓硝酸中，60°C机械搅拌6小时后，用氢氧化钠溶液滴加至呈中偏酸性，烘干。(2)将400mg FeCl3*6H20溶解到乙二醇中，加入0. 15g柠檬三酸钠及步骤(I)所得的150mg酸化石墨烯，超声分散两小时后，加入3. 5g乙酸钠及2g PEG-20000，200°C反应釜中高温高压反应8-12小时。(3)将步骤(2)所获得的50mg亲水磁性石墨烯与500mg十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂分散到50ml去离子水中并超声半小时，加入400ml去离子水以及50ml 0. OlM氢氧化钠溶液，超声10分钟后，加入2. 5ml正硅酸乙酯乙醇溶液(正硅酸乙酯乙醇的体积比为1:4)，60°C机械搅拌反应12小时，洗涤干燥。(4)用60ml丙酮回流洗去十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂；
(5)干燥并在550-600°C、氮气保护条件下煅烧3-4小时即得到具有介孔结构、表面疏水的磁性介孔石墨烯材料。介孔主要为柱形孔道，孔径在2. 8 nm左右，其表面负载的磁性小球数量可调，材料的比表面积为167.8 cm2/g、孔体为0.2 cm3/g。实施例5
(I)将石墨烯分散在浓硝酸中，60°C机械搅拌6小时后，用氢氧化钠溶液滴加至呈中偏酸性，烘干。(2)将IOOmg FeCl3*6H20溶解到乙二醇中，加入0. 15g柠檬三酸钠及步骤(I)所得的150mg酸化石墨烯，超声分散两小时后，加入3. 5g乙酸钠及2g PEG-20000，200°C反应釜中高温高压反应8-12小时。(3)将步骤(2)所获得的50mg亲水磁性石墨烯与500mg十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂分散到50ml去离子水中并超声半小时，加入400ml去离子水以及50ml 0. OlM氢氧化钠溶液，超声10分钟后，加入2. 5ml正硅酸乙酯乙醇溶液(正硅酸乙酯乙醇的体积比为1:4)，60°C机械搅拌反应12小时，洗涤干燥。(4)用60ml丙酮回流洗去十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂；
(5)干燥并在550-600°C、氮气保护条件下煅烧3-4小时即得到具有介孔结构、表面疏水的磁性介孔石墨烯材料。介孔主要为柱形孔道，孔径在2. 8 nm左右，其表面负载的磁性小球数量可调，材料的比表面积为167.8 cm2/g、孔体为0.2 cm3/g。
权利要求
1.一种用于肽组学分离富集的磁性石墨烯介孔材料的合成方法，其特征在于具体步骤如下 将石墨烯分散在浓硝酸中，60°c机械搅拌6-8小时酸化，洗涤至pH值为6-7，烘干，得到酸化石墨烯； 将步骤(I)所得的酸化石墨烯、柠檬三酸钠与六水和三氯化铁分散在乙二醇中，加入乙酸钠及聚已二醇转移至反应釜中200°C下反应8-12小时，其中，酸化石墨烯、柠檬三酸钠、六水和三氯化铁、乙酸钠和聚已二醇的质量比为(1-8) :1. 5 :1. 5 35 20 ； 将步骤(2)所得的产物与表面活性剂分散到溶剂中后，加入硅源，在室温下搅拌使硅源预水解，将所得的最终混合溶液在60°C机械搅拌12小时，其中，步骤(2)所得的产物与表面活性剂的质量比为1:10; 将步骤(3)所得的产物置于萃取溶剂中回流处理12小时，萃取去除表面活性剂； 将步骤(4)所得的产物干燥，并在550-600°C、氮气保护条件下煅烧3-4小时，即得到用于肽组学分离富集的磁性石墨烯介孔材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于肽组学分离富集的磁性石墨烯介孔材料的合成方法，其特征在于步骤(2)中所使用的表面活性剂是十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠或硬脂酸中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种用于肽组学分离富集的磁性石墨烯介孔材料的合成方法，其特征在于步骤(3)中所使用的硅源是正硅酸乙酯的乙醇溶液，其中，正硅酸乙酯与乙醇的体积比是1:4。
4.根据权利要求1所述的一种用于肽组学分离富集的磁性石墨烯介孔材料的合成方法，其特征在于步骤(3)中所使用的溶剂是聚乙二醇溶液、乙醇/水混合溶液或去离子水中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种用于肽组学分离富集的磁性石墨烯介孔材料的合成方法，其特征在于步骤(4)中所使用的萃取溶剂是乙醇、四氢呋喃或丙酮中的一种或几种。
全文摘要
本发明属于先进纳米孔吸附剂材料与纳米技术领域，具体涉及一种用于肽组学分离富集的磁性石墨烯介孔材料的合成方法。本发明先将石墨烯酸化，均匀分散在具有铁源的乙二醇中，在高温高压下，形成磁性石墨烯，然后将所得物质分散在具有硅源以及表面活性剂的乙醇/水溶液中，使硅源预水解，与磁性石墨烯进行相关反应，进一步置于溶剂中回流处理，萃取去除高分子微球模板以及表面活性剂，最后进行高温煅烧。本发明方法简单，原料易得，适于放大生产，可获得具有介孔结构、疏水表面的磁性石墨烯材料，该材料孔壁及其材料表面为疏水表面,可用于肽组学中内源性肽段的分离与富集作用，本身不具有生物毒性，在生物医学平台将有广阔的应用。
文档编号B01J20/30GK103007886SQ20121056917
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月25日 优先权日2012年12月25日
发明者邓春晖, 尹鹏, 孙念荣, 赵曼, 熊娅, 王梦依, 闫迎华 申请人:复旦大学