[发明专利]具有抗菌、抗凝血功能的氧化石墨烯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性氧化石墨烯的制备方法及其制得的氧化石墨烯纳米材料，特别涉及一种具有抗菌、抗凝血功能的氧化石墨烯及其制备方法。这种改性的氧化石墨烯可以作为功能化氧化石墨烯的基础材料或新型的功能填料，既能满足生物材料的力学性能要求，又能使生物材料具有长期抗凝血、抗菌功能。

背景技术

二维炭材料自被发现以来引起了研究人员的广泛关注，新型二维炭材料氧化石墨烯已成为研究热点。与昂贵的富勒烯和碳纳米管相比，氧化石墨烯价格低廉，原料易得。氧化石墨的表面富含大量的氧基功能团，剥层后的氧化石墨片层具有很大的比表面积，应用价值超过氧化石墨。因此，氧化石墨烯有望成为聚合物纳米复合材料的优质填料。

氧化石墨烯可由氧化石墨通过机械超声剥离而制得。氧化石墨烯表面含有大量功能性基团，如 -OH、-COOH、-O-、C＝O等，这些功能性基团的存在，使得不同片层的官能团之间产生相互排斥的作用，可以使石墨片有一定程度的剥离，并赋予了氧化石墨烯一些新的特性。但是若要将这些氧化石墨烯从氧化石墨片层间范德华力束缚中解离出来，需要一定的外力（超声）。同时，尽可能在氧化石墨邻近碳层的晶格内引入功能性官能团，更利于实现氧化石墨烯的单片剥离。另外，氧化石墨烯表面官能团越丰富，可能更有利于其与基体复合或自组装。

氧化石墨的制备是决定氧化石墨烯制备的关键因素。氧化石墨一般可通过化学法（Brodie法，Hummers法，Staudenmaier法）制得。Brodie法（Brodie B.C..On the atomic weight of graphite[J]. Phil.Trans. Roy. Soc，1859，149: 249-59.）、Hummers法（W Hummers，R Offeman. Preparation of graphite oxide [J]. J Am Chem Soc，1958，80:1339）、Staudenmaier法（Y Matsuo，K Watanabe，T Fukutsuka，et al. Charaterization of n-hexadecy-lakylamine-intercalated graphite oxide as sorbents [J]. Carbon，2003，41(8):1545-1550）都属于液相化学氧化法，在制备过程中均存在大量的废酸，且在此基础上进一步制备氧化石墨烯其解离程度不易控制，生物学功能弱。文献表明，掺氮对炭材料的性能有较大影响。胡征发现了以苯为原料时碳纳米管的六元环生长机理，实现了以吡啶等为原料的氮掺杂碳基纳米管（CNx）的合成及其成分与结构的有效调控，其结构中只存在吡啶氮且氮物种均匀分布从而更有利于表面改性（W Hummers，R Offeman. Preparation of graphite oxide [J]. J Am Chem Soc，1958，80:1339）。王志永（W Hummers，R Offeman. Preparation of graphite oxide [J]. J Am Chem Soc，1958，80:1339）、曹永（W Hummers，R Offeman. Preparation of graphite oxide [J]. J Am Chem Soc，1958，80:133）、李雪飞等人（W Hummers，R Offeman. Preparation of graphite oxide [J]. J Am Chem Soc，1958，80:1339）分别研究了氮掺杂的三维碳纳米管、Fe/MgO催化合成氮掺杂碳纳米管和石墨相氮化碳。

氧化石墨烯一般可由上述三大化学法制备的氧化石墨经超声解离而制得。但所制备的氧化石墨存在大量废酸如何处理的问题、氧化石墨解离程度如何控制的问题以及解离得到的氧化石墨烯片层是否具有生物功能性等问题，这些问题直接制约了氧化石墨烯在生物医药材料基体中的应用。

为解决以上问题，充分发挥氧化石墨烯的优良性质，如何制备应用价值更高的氧化石墨烯已成为关注的焦点，也是目前最重要和最具挑战的工作之一。因此研究如何处理制备方法中的废酸、促进氧化石墨解离并引入抗菌、抗凝血等生物功能的氧化石墨烯具有很重要的理论意义和实践意义，将对进一步制备功能化氧化石墨烯和制备氧化石墨烯为基体的功能性纳米复合材料奠定良好的基础。

发明内容

为了克服已有技术中存在的问题，本发明提供了一种利用胺类化合物作为反应液中的缚酸剂并促进氧化石墨可控解离，同时引入抗菌、抗凝血功能的氧化石墨烯的制备方法。