[发明专利]一种环境友好的水溶性石墨烯的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种环境友好的水溶性石墨烯的制备。

背景技术

在近20年中，碳元素引起了世界各国研究人员的极大兴趣。自富勒烯和碳纳米管被科学家发现以后，三维的金刚石、“二维”的石墨、一维的碳纳米管、零维的富勒球组成了完整的碳系家族。直到2004年，英国曼彻斯特大学的物理学教授Geim等用一种极为简单的方法剥离并观测到了单层石墨烯，引起了科学界新一轮的“碳”热潮。石墨烯有完美的杂化结构，过去几年中，石墨烯已经成为了科学研究的前沿和热点，它在生物医药领域的研究也备受瞩目。由于石墨烯具有单原子层结构，其比表面积很大，非常适合用作药物载体。石墨烯的制备方法主要有石墨层间化合物途径、氧化石墨还原途径、微机械剥离途径、沉积生长途径等。

石墨插层复合物(GICs)是一种以天然鳞片石墨为原料，石墨层与层之间插入一些非碳质的原子、分子、离子甚至原子团后形成的一种新的层状化合物。等离子刻蚀技术被广泛应用于微电子、微光学、微机械等加工领域。等离子刻蚀的刻蚀线可以达到纳米级别，刻蚀出的图案可以精确到纳米。其在微电子领域的成功应用，使研究人员渴望利用其刻蚀剥离出石墨烯。化学气相沉积法(Chemical vapor deposition)是应用最广泛的一种大规模工业化制备半导体薄膜材料的方法。其生产工艺十分完善，也成为了研究人员制备石墨烯的一条途径。以上的这些方法尽管可以得到品质很好的石墨烯，但是不能大批量制备石墨烯，而氧化还原法为人们制备大量单层石墨烯提供了可能，且这种方法成本低廉。石墨常用的氧化方法主要有3种:Standenmaier法、Brodie法、Hummers法，其过程是用浓盐酸、浓硝酸以及过量的氯酸钾等强氧化剂使鳞片石墨充分氧化，氧化石墨片层间和边沿有大量的含氧基团，氧化石墨经过适当的超声波震荡处理极易在水溶液或者有机溶剂中分散成均匀的单层氧化石墨烯溶液，氧化石墨烯通过水合肼等还原剂还原后得到石墨烯溶液。尽管氧化石墨烯可以分散在水中，但是氧化石墨烯很难分散在含离子的溶液如PBS中；且氧化石墨烯还原后的石墨烯是由苯六元环组合而成的二维晶体，化学稳定性高，其表面呈惰性状态，与其他介质(如溶剂等)的相互作用较弱，并且石墨烯片与片之间有较强的范德华力，使其容易产生团聚并难溶于水，这给石墨烯的进一步研究和应用造成了极大的困难，特别是石墨烯在生物医药领域的应用。在生物医药领域应用的石墨烯往往需要在生理环境中使用。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上，提供一种环境友好的水溶性石墨烯的制备方法，本法制备的水溶性石墨烯可直接应用于生物医药领域。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种环境友好的水溶性石墨烯的制备方法：向氧化石墨烯水溶液中加入嵌段式聚醚F-127，分散均匀得到水溶性氧化石墨烯溶液，然后加入还原剂并混匀，用水稀释0～20倍，再用碱调节溶液的pH值至10～13，最后在30～100℃下进行反应3～48h，即得；其中所述还原剂选自维生素C、半乳糖或牛血清白蛋白。

本方法通过使用嵌段式聚醚F-127和特殊的还原剂，可直接制备出在多种溶液和pH值条件下都具有良好分散性的水溶性石墨烯，以天然石墨为原料制备水溶性氧化石墨烯的总体反应式如下：

第一步：水溶性氧化石墨烯的制备

第二步：氧化石墨烯/水凝胶复合药物载体的制备

本方法对原料氧化石墨烯并无具体要求，可直接采用现有的商品氧化石墨烯，也可通过现有的方法制备，如具体实施方式中采用的改性的Hummers氧化法。本方法中采用的氧化石墨烯水溶液的浓度优选为0.1～2mg/mL，进一步为0.2-1mg/mL，最优为0.5mg/mL。

嵌段式聚醚F-127，英文名：Pluronic F-127，是一种高分子非离子型表面活性剂，为美国NF新增加的药物辅助材料，具有温度较低时为溶液，体温下为凝胶的独特特性。其毒性低，刺激性小，生物相容性好。本发明将Pluronic F-127引入氧化石墨烯，与还原剂和其他条件的协同作用来改善氧化石墨烯在离子溶液中的分散性。优选的Pluronic F-127与氧化石墨烯的质量比为5:1-40:1，进一步10:1-30:1，最佳25:1。