[发明专利]一种氧化石墨烯杂化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种氧化石墨烯杂化材料及其制备方法与应用。本发明采用2个异氰酸根的活性不同的偶联剂修饰氧化石墨烯，与两亲嵌段共聚物一端的聚乙二醇化学键合，自组装后得到本发明的氧化石墨烯杂化材料，该方法实现了氧化石墨烯抗菌性能的调控；所得到氧化石墨烯杂化材料中生物相容、可降解的聚酯段以疏水作用与氧化石墨片层表面作用形成胶束内核，两端亲水的聚乙二醇链伸展形成抑菌层。本发明的氧化石墨烯杂化材料呈抑菌、抗菌双重功能，抗菌效果和细胞相容性均得到了显著的提高，在水相中稳定，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于杂化材料制备技术领域，特别涉及一种两亲嵌段共聚物修饰氧化石墨烯纳米抗菌材料及其制备方法和应用。

背景技术

细菌感染对全球公共健康构成了严重威胁，是生物医药领域亟待解决的重要问题之一。细菌通常比宿主细胞更快地到达材料表面，并在细菌纤维蛋白的作用下形成有害的细菌生物膜。伴随着抗生素滥用及多耐药微生物病原体的快速演变，耐药疾病的种类显著增加，常规疗法已逐渐无法控制病原体。抗菌材料是一类自身具有抑制或杀灭细菌功能的新型材料，高效、无毒、持久的抗菌性使其可有效控制和减缓细菌的危害，更好地解决与人类健康息息相关的抗细菌感染问题。

氧化石墨烯为二维碳材料，具有低毒、广谱且高效抗菌性。片层结构含有大量的羟基、羧基和环氧基等含氧基团，改善了氧化石墨烯的分散性，有利于通过氢键、离子键、共价键等与聚合物结合形成杂化材料。氧化石墨烯的抗菌性源于膜损伤机理。一般认为，通过与细菌细胞膜的直接接触，氧化石墨烯片层尖锐而锋利的边缘损伤细菌细胞膜，破坏膜完整性，使RNA等内容物外流，导致细菌死亡。但是，氧化石墨烯较大的比表面积使其片层表面易受到细菌攻击，进而附着、增殖形成细菌生物膜。因此，采用纳米抗菌材料修饰片层表面，使氧化石墨烯作为其他抗菌材料的载体，从而获得具有抑菌-杀菌协同抗菌效果的杂化材料，可极大地拓展氧化石墨烯在医疗器件及食品包装等领域的潜在应用。

聚乙二醇是一种无毒的水溶性大分子，具有较好的抑菌性，能抵御早期的细菌粘附，从而有效地抑制早期细菌生物膜的形成。聚乙二醇修饰的氧化石墨烯杂化材料，可同时具有抑菌和杀菌双重作用。但是，氧化石墨烯片层表面的有效活性位点有限，能化学结合的聚乙二醇较少，而裸露的片层表面仍易被细菌附着，又将成为细菌繁殖的源头。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，为了解决现有技术中氧化石墨烯片层表面接枝水溶性抑菌大分子的位点少等技术问题，提供一种氧化石墨烯杂化材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供通过所述的制备方法制得的氧化石墨烯杂化材料。氧化石墨烯表面接枝两亲嵌段共聚物，通过共聚物自组装形成的胶束结构，增加聚乙二醇在氧化石墨烯片层的表面密度。在两亲嵌段共聚物中，生物相容且可降解的聚酯疏水段形成内核，锚定于氧化石墨烯片层表面，亲水的聚乙二醇链在内核边缘伸展形成抑菌层，氧化石墨烯锋利的边缘杀菌，使得氧化石墨烯杂化材料具有抑菌-杀菌双功能，以及良好的生物相容和抗菌协同效果。

本发明的又一目的在于提供所述的氧化石墨烯杂化材料的应用。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种氧化石墨烯杂化材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在惰性气氛下，氧化石墨烯分散液与二异氰酸酯在催化剂作用下反应，纯化后得异氰酸酯化氧化石墨烯；

(2)在惰性气氛下，在有机溶剂中将步骤(1)制得的异氰酸酯化氧化石墨烯与两亲嵌段共聚物在催化剂作用下反应，纯化后干燥，即得所述的氧化石墨烯杂化材料。

所述的惰性气氛优选为氮气、氩气中的至少一种。

步骤(1)中所述的氧化石墨烯的分散剂优选为二甲基甲酰胺、二氯乙烷中的至少一种；进一步优选为浓度为0.004～0.008g/mL的分散剂。