专利名称：生理条件下稳定的纳米氧化石墨烯及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米碳质化合物，尤其涉及一种在生理条件下具有良好稳定性
的纳米氧化石墨烯及其制备方法。
背景技术：
纳米材料在生物医学领域具有广泛的应用前景。其中一个重要用途就是其作为载体，将药物输送到人体内特定的器官组织，从而起到靶向治疗的作用。用于载药体系的纳米材料，必须具有良好的生物相容性和较低的生物毒性，并且在生理条件下稳定，不发生聚集。这些要求一般通过纳米材料表面改性来实现。目前，较为常用的表面改性是对纳米材料表面进行聚乙二醇修饰。这样获得的纳米材料的生物相容性和生理条件下的稳定性都有显著提高。但是，这种方法存在一些缺点，即聚乙二醇修饰剂的价格昂贵，纳米材料的制备成本很高，如果应用于临床，势必会给消费者带来很大的经济负担。 氧化石墨烯是一种由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，它可以在氧化和超声的条件下利用市售块体石墨制得。这样制备的氧化石墨烯带有多种含氧基团，如羧基、羟基、环氧基等，这些亲水性基团使氧化石墨烯能够溶于水，并具有一定的稳定性。通过进一步的修饰，可以获得水稳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盐的溶液如磷酸缓冲液或细胞培养基中的稳定性仍然较差。文献上有通过分支状的聚乙二醇修饰而获得生理条件下稳定的氧化石墨烯的报道(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，这种方法成本较高，且产量较低。限制了石墨烯在生物医学等领域的研究及应用。
发明内容
为提高纳米氧化石墨烯在生理条件下的稳定性，并低成本量产以满足其在生物医药等领域的深入研究所需，本发明的目的在于设计一种在生理条件下稳定的纳米氧化石墨烯，并提供这种纳米氧化石墨烯的制备方法。 实现本发明第一个目的的技术方案是生理条件下稳定的纳米氧化石墨烯，其特征在于该纳米氧化石墨烯在原有成品基础上，通过进一步的化学修饰还含有乙酸官能团和磺酸官能团两种亲水性基团。
进一步地，前述的生理条件下稳定的纳米氧化石墨烯，其长度和宽度均介于20nm-100nm，其厚度介于lnm-2nm。此外，通过修饰羧基官能团和磺酸官能团，使得该纳米氧化石墨烯的Z电势可达到-116mV。
实现本发明第二个目的的技术方案是 生理条件下稳定的纳米氧化石墨烯的制备方法，采用Hummer法将鳞片石墨氧
3化，继而采用超声法将氧化石墨烯片剥离，再对氧化石墨烯片采用探头超声的方法碎化
成纳米尺度，其特征在于对上述纳米级的氧化石墨烯以水浴超声法进行乙酸化修饰引
入酸基官能团，再对所述氧化石墨烯进行苯磺酸化修饰边缘引入磺酸基。
更进一步地，前述生理条件下稳定的纳米氧化石墨烯的制备方法，其中用于乙
酸化修饰的化学物质为氯乙酸钠或氯乙酸或其它a-卤代羧酸化合物；而用于苯磺酸化修
饰的化学物质为对氨基苯磺酸、间氨基苯磺酸或2-氨基-l， 4-苯二磺酸。 本发明设计的纳米氧化石墨烯，能够提高氧化石墨烯在含盐溶液或细胞培养基
中的稳定性，为纳米氧化石墨烯在生理条件下的医学应用提供了有力保障。并且通过本
发明介绍的制备方法，较之于聚乙二醇修饰法能切实降低制造成本，利于量产。
图1是本发明纳米氧化石墨烯的制备方法工艺流程 图2是本发明纳米氧化石墨烯的原子力显微镜照片；
图3是本发明纳米氧化石墨烯的红外图谱。
具体实施例方式
为提高纳米氧化石墨烯在生理条件下的稳定性，并低成本量产以满足其在生物医药等领域的深入研究所需，本发明提供了一种在含盐溶液或细胞培养液等生理条件下具有足够稳定性的纳米氧化石墨烯，该纳米氧化石墨烯在原有成品基础上，通过进一步的化学修饰还含有乙酸官能团和磺酸官能图两种亲水性基团。如图3所示的该纳米氧化石墨烯红外图谱，能够证明所述的乙酸官能团和磺酸官能团成功连接到纳米氧化石墨烯之上。 以下通过具体实例，详述本发明纳米氧化石墨烯的制备方法。 如图1所示的本发明制备方法的工艺流程图所示可以看到该氧化石墨烯的制
备过程大致可以分为三个部分，包括纳米氧化石墨烯的制备、纳米氧化石墨烯的乙酸化
修饰以及上述纳米氧化石墨烯的苯磺酸化修饰。具体来看 第一步、纳米氧化石墨烯的制备 将20g过硫酸钾和5g五氧化二磷溶于30ml浓硫酸溶液中，并将溶液的温度控制在6(TC;然后加入50g石墨鳞片1，反应6-10h，冷却到室温后，再用水将其洗成中性，自然干燥成粉末。将上述粉末，加入到300ml事先已预冷到0t:的浓硫酸中。在搅拌的同时缓慢加入40g高锰酸钾，并使温度保持在2(TC以下。将混合物的温度升至5(TC，并搅拌2h，然后加入1000ml纯水。为中止氧化反应，加入2.8升纯水和100ml浓度为30X的过氧化氢。将混合物过滤后用l : IO的盐酸溶液充分洗涤以除去溶液中的金属离子，最后将所得到的棕黄色的氧化石墨产物2溶于水。将上述氧化石墨用超声2h， 10000转/分钟离心30min到lh，上清液即为氧化石墨烯3，进一步超声可制备出纳米尺度的氧化石墨烯4。 第二步、纳米氧化石墨烯的乙酸化修饰 先将10g氢氧化钠和5g氯乙酸钠加到50mL水中溶解，然后加入到约含100mg纳米氧化石墨烯2的溶液中。水浴超声3h，保持温度在5(TC以下。反应后，氧化石墨烯上的羟基被氯乙酸钠的COOH取代。反应后，棕色的氧化石墨烯溶液变成黑色，说明
在强碱性条件下，氧化石墨烯被部分还原。
第三步、上述纳米氧化石墨烯的苯磺酸化修饰 取lml浓盐酸加入到13ml水中，并控制其温度在2(TC左右。另取100mg氨基苯磺酸用20ml0.25X的氢氧化钠溶解，并在不断搅拌下加入60mg亚硝酸钠，将此溶液缓慢滴入上述盐酸溶液中，并控制温度在l(TC以下。反应30min后，向其中加入纳米氧化石墨烯100mg，冰浴搅拌2h，室温搅拌过夜，最后透析除去小分子化合物，便制得本发明生理条件下稳定的纳米氧化石墨烯5。 Zeta电位分析仪测定结果显示，经上述两步修饰后的纳米氧化石墨烯的Zeta电势达到-116mV。 上述具体的制备工艺仅是作为示例给出的，其中乙酸化修饰及磺酸化修饰所用的化合物质并不仅仅局限于上述例子中所提及的材料。例如用于羧酸化修饰的化学物质可以是氯乙酸钠，也可以是氯乙酸或其它具有相同羧基官能团的a-卤代羧酸化合物；用于苯磺酸化修饰的化学物质可以是对氨基苯磺酸、间氨基苯磺酸或2-氨基-l， 4-苯二磺酸等。 本发明制备的纳米氧化石墨烯的平均厚度尺寸在lnm-2nm之间，长宽尺寸在20nm-100nm之间。常规氧化石墨烯的Z电势约为-86mV，而本发明制得的纳米氧化石墨烯含有两种亲水性基团——COOH官能团(乙酸基)和S03H官能团(磺酸基)，这两种基团的共同作用使纳米氧化石墨烯的Z电势可达-116mV，在生理条件下具有良好的稳定性。
权利要求
生理条件下稳定的纳米氧化石墨烯，其特征在于所述纳米氧化石墨烯含有乙酸官能团和磺酸官能团两种亲水性基团。
2. 根据权利要求1所述的生理条件下稳定的纳米氧化石墨烯，其特征在于所述纳米氧化石墨烯的长度和宽度均介于20nm-100nm，其厚度介于lnm-2nm。
3. 根据权利要求1所述的生理条件下稳定的纳米氧化石墨烯，其特征在于所述纳 米氧化石墨烯的Z电势达到-116mV。
4. 生理条件下稳定的纳米氧化石墨烯的制备方法，采用Hummer法将鳞片石墨氧化， 继而采用超声法将氧化石墨烯片剥离，再对氧化石墨烯片采用探头超声的方法碎化成纳 米尺度，其特征在于对上述纳米级的氧化石墨烯以水浴超声法进行羧酸化修饰引入羧 基官能团，再对所述氧化石墨烯进行苯磺酸化修饰边缘引入磺酸基。
5. 根据权利要求4所述的生理条件下稳定的纳米氧化石墨烯的制备方法，其特征在 于所述用于羧酸化修饰的化学物质为氯乙酸钠、氯乙酸或其它a-卤代羧酸化合物。
6. 根据权利要求4所述的生理条件下稳定的纳米氧化石墨烯的制备方法，其特征在 于所述用于苯磺酸化修饰的化学物质为对氨基苯磺酸、间氨基苯磺酸或2-氨基-l， 4-苯二磺酸。
全文摘要
本发明公开了一种生理条件下稳定的纳米氧化石墨烯，其特征在于该纳米氧化石墨烯在原有成品基础上，通过进一步的化学修饰还含有羧酸官能团和磺酸官能团两种亲水性基团。首先采用Hummer法将鳞片石墨氧化，继而采用超声法将氧化石墨烯片剥离，再对氧化石墨烯片采用探头超声的方法碎化成纳米尺度，最后对上述纳米级的氧化石墨烯以水浴超声法进行羧酸化修饰引入羧基官能团，并对所述氧化石墨烯进行苯磺酸化修饰在其边缘引入磺酸基。该纳米氧化石墨烯能够提高氧化石墨烯在含盐溶液或细胞培养基中的稳定性，为纳米氧化石墨烯在生理条件下的医学应用提供有力保障；并且通过该制备方法，较之于聚乙二醇修饰法能切实降低制造成本，更有利于量产。
文档编号B82B3/00GK101691204SQ20091018392
公开日2010年4月7日 申请日期2009年8月13日 优先权日2009年8月13日
发明者夏景光, 张智军, 张立明 申请人:苏州纳米技术与纳米仿生研究所