[发明专利]一种氧化石墨烯/BaGdF5/PEG多功能材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米造影剂技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯/BaGdF₅/PEG多功能材料及其制备方法和应用。

背景技术

碳元素是自然界最神奇的元素，在纳米世界里，碳元素的表现也同样令人吃惊，2004年英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K.Geim)首次制造出石墨烯，它是世界上最薄的新型二维纳米材料，其厚度仅为0.35nm。它的独特性质吸引了无数科学家，可以说它是诸多新材料中最具有潜力的，被称为“奇迹材料”，在工业、电力行业及电子产业都具有极大的应用前景。

与石墨相比，氧化石墨烯中含有羧基、羟基、羰基以及环氧基等化学基团，其中羧基和羟基修饰在氧化石墨片的边缘处，羰基和环氧基位于氧化石墨烯层之间，石墨原本是不溶于水的物质，而氧化石墨烯具有极强的亲水性，容易分散于极性介质中形成稳定的溶胶，这是由于氧化石墨烯表面这些活性基团的存在。

20世纪50年代,科学家相继提出了氧化石墨烯的结构，一般认为，氧化石墨烯具有二维层状结构，表面积比较大，可以负载多种物质，而且氧化石墨烯在近红外区域有很好的光学吸收，可以作为较好的光热剂。Ba是现在常用的CT造影剂的主要成分，含Gd材料已知是很好的T₁造影剂。目前，氧化石墨烯的研究开始关注它在生物医药方面的应用，比如药物、基因运输，特别是癌症治疗靶向药物传递系统的研究引起了非常大的关注。

发明内容

本发明的目的是提供一种氧化石墨烯/BaGdF₅/PEG多功能材料。这种材料具有很好的生物相容性、在水中分散性很好，而且材料本身毒性很小。在磁共振成像、CT成像和光热治疗中具有很好的应用。

本发明的另一个目的是提供这种多功能材料的制备方法，该方法具有操作简单、原料易得和成本低廉等优点。

本发明的目的是这样实现的：

氧化石墨烯/BaGdF₅/PEG多功能材料的制备方法，包括如下步骤：将纳米氧化石墨烯分散在醇中，按照Gd、Ba、F三种元素的摩尔比1:1:5加入含有Gd、Ba、F元素的无机盐，再按照PEG和氧化石墨烯的重量比为3-5:1加入PEG，搅拌30min后，采用溶剂热法在180～190℃下反应23～24h，制得氧化石墨烯/BaGdF₅/PEG多功能材料。

所述纳米氧化石墨烯的制备方法包括如下步骤：石墨粉末与NaCl混合研磨25-35min，用水洗涤过滤除去NaCl，得到膨胀后的石墨粉末，加入硝酸钠和95wt%-98wt%浓硫酸，然后按照0.05-0.1g/min的速度加入KMnO₄，搅拌6-12d，混合物在65-80℃下搅拌40-60min，然后在98-110℃下搅拌100-120min；用过氧化氢终止反应，冷却至室温，超声5～8hr，洗涤取固体，在水中超声分散；石墨粉末与硝酸钠的质量比为5:2-5:3，石墨粉末与KMnO₄的质量比为0.9:3-1:3。

所述含有Gd、Ba、F元素的无机盐分别为Gd(NO₃)₃·6H₂O、BaCl₂和NH₄F。

所述醇为乙二醇。

所述PEG的分子量为1000-3000。

通过上述方法得到的氧化石墨烯/BaGdF₅/PEG多功能材料，可用于核磁共振T₁造影剂、CT造影剂和癌症光热治疗药物。

本发明首先采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，然后将该氧化石墨烯表面修饰BaGdF₅纳米粒子，氧化石墨烯和BaGdF₅纳米粒子之间通过沉积相互连接；氧化石墨烯和纳米粒子与PEG之间是通过静电和氢键作用结合的，可以用来改善材料的生物相容性和稳定性。修饰的BaGdF₅纳米粒子中的Gd离子具有顺磁性，是时下应用比较广泛的T₁造影剂原料；而纳米粒子中的Ba和Gd的共同作用使得材料也是一种很好的CT造影剂；利用氧化石墨烯在近红外区域很好的光学吸收，氧化石墨烯可以作为很好的光热转换剂，能够有效地杀死肿瘤细胞。综合上述功能，从而实现了具有MR和CT双模式成像和光热治疗多功能材料的目的。同时所得材料具有很好的生物相容性，奠定了材料在生物医学领域应用的基础。