[发明专利]一种仿细胞外层膜结构修饰的氧化石墨烯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料表面科学和生物医用高分子材料技术领域，具体涉及一种仿细胞外层膜结构修饰的氧化石墨烯及其制备方法。

背景技术

材料用于生物体内时易非特异性吸附蛋白，激活补体分子及免疫系统，从而引起凝血、免疫及炎症反应，以致其性能显著降低，甚至失效。这是由于材料生物相容性较差的缘故，因而，生物相容性研究已成为生物材料研究领域中的首要问题。材料表面是材料与生物体接触的媒介，表面的电荷、亲/疏水性、化学组成、形貌等是影响材料与生物体之间界面相互作用的重要因素，是决定材料生物相容性是否优异的主要因素。因此，提高材料表面的生物相容性是解决这一科学问题的关键。将良好生物相容性的物质引入到材料表面改性是改善材料与生物体之间的相互作用，提高材料生物相容性简便而有效的途径。材料表面的生物相容性改性是生物材料研究领域中一个永恒的主题，具有重要的学术意义和巨大的应用前景。

氧化石墨烯(GO)是石墨烯的衍生物，以其独特的物理、化学特性在电子器件、传感器、储能器件及复合材料等领域具有巨大的应用前景。近年来，氧化石墨烯在药物载体、生物检测、生物成像、肿瘤治疗等生物医学领域的潜在应用引起了广泛关注。氧化石墨烯是单原子层二维结构，具有较大的比表面积，含有活性的羟基、羧基和环氧基，因而具有水中易分散及易改性的特点，已逐渐成为生物医用材料研究的热点。然而，氧化石墨烯生物相容性较差，在生理环境中易聚集、引发不良反应，严重制约其在该领域中的应用。材料表面是材料与生物体接触的媒介，表面的电荷、亲/疏水性、化学组成、形貌等是影响材料与生物体之间相互作用进而决定生物相容性是否优异的主要因素。因此，对氧化石墨烯表面进行修饰是改善其生物相容性问题的关键，具有重要的学术意义和巨大的应用前景。

为了提高氧化石墨烯的生物相容性，国内外学者将壳聚糖、多肽、酶、聚乙烯醇、聚乙二醇(PEG)等用于氧化石墨烯的表面修饰。在生物相容性改性氧化石墨烯的研究中，聚乙二醇修饰的报道居多，效果也最显著。细胞毒性及小鼠体内的研究结果表明，PEG修饰后氧化石墨烯的细胞毒性显著降低，生物相容性明显提高。然而，PEG的聚合度及接枝密度是制约改性产物生物相容性的关键，以致其修饰的材料仍存在免疫反应限制在体内的应用。

磷酰胆碱(phosphorylcholine，PC)是组成细胞膜基本单元卵磷脂的亲水端基，是细胞外层膜中的外层官能团，同时带有正、负异种电荷，具有较强的结合水的能力和亲水性能，这种结构和组成的表面与生理环境相互作用不仅不会吸附和沉积蛋白质，也不会引发血小板激活、导致凝血等不良反应，具有良好生物相容性。近几年来的研究表明，采用磷酰胆碱基团及其聚合物在材料表面构建具有仿细胞外层膜结构，可以显著改善材料的血液相容性。Jin等人利用表面引发反向原子转移自由基聚合将甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)接枝聚合到氧化石墨烯表面，修饰后无溶血现象，生物相容性良好(Advances in Polymer Technology 2013,24:685-691)。由此可见，这种仿细胞外层膜结构的表面修饰方法可以获得生物相容性优异的纳米材料，对构建生物相容性氧化石墨烯具有潜在的应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种仿细胞外层膜结构修饰的氧化石墨烯。本发明将含有氨基的两性离子聚合物接枝到氧化石墨烯表面，可获得生物相容性优异的仿细胞外层膜结构修饰的氧化石墨烯，不需要引发剂，避免了引发剂的残留。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种仿细胞外层膜结构修饰的氧化石墨烯，其特征在于，其结构式为：

式中X₁和X₂独立的选自O或N；R₁和R₂独立的选自H或CH₃；

R₃为磷酰胆碱基团、磺铵类两性离子或羧铵类两性离子；

m/(m+p+q)＝0.3～0.9。

另外，本发明还提供了一种制备上述仿细胞外层膜结构修饰的氧化石墨烯的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、在氮气保护下，将含有两性离子亲水性基团的乙烯基单体和含有氨基的乙烯基单体在引发剂的作用下进行自由基聚合反应，得到含氨基的聚合物；所述两性离子亲水性基团为磷酰胆碱基团、磺铵类两性离子或羧铵类两性离子；