CN109054111A - 一种经修饰改性的氧化石墨烯/海藻酸钠复合水凝胶的制备方法 - Google Patents

一种经修饰改性的氧化石墨烯/海藻酸钠复合水凝胶的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种经修饰改性的氧化石墨烯/海藻酸钠复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：1）制备氧化石墨烯悬浮液；2）将2,2′‑(1,2‑乙二基双氧代)双乙硫醇滴入温度为75‑90°C的步骤1）氧化石墨烯悬浮液中，搅拌，得黑色悬浮液；3）于3000‑8000rpm下，将步骤2）黑色悬浮液离心，弃上清，将下层物质干燥，得2,2′‑(1,2‑乙二基双氧代)双乙硫醇修饰氧化石墨烯纳米颗粒，然后置于超纯水中，超声混合，得浓度为0.001‑0.003g/ml的E‑cGO悬浮液；4）将步骤3）E‑cGO悬浮液滴入浓度为0.01‑0.03g/ml的海藻酸钠溶液中，混合，得E‑cGO/Alg混合浆液；5）将步骤4）E‑cGO/Alg混合浆液冷冻、解冻后，冷冻干燥，得E‑cGO/Alg复合水凝胶。本发明制得的复合水凝胶是多孔与孔连接结构，孔表面粗糙，利于将复合水凝胶用于组织支架方面的应用。

Description

一种经修饰改性的氧化石墨烯/海藻酸钠复合水凝胶的制备 方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种经修饰改性的氧化石墨烯/海藻酸钠复合水凝胶的制备方法。
背景技术
氧化石墨烯（Graphene Oxide）是石墨烯的氧化物，石墨烯经氧化后，其上含氧官能团增多，因此，与石墨烯相比，氧化石墨烯的性质更加活泼，其可与含氧官能团的反应而改善本身性质[Du G. Acs Appl Mater Interfaces, 2015, 7, 5]。氧化石墨烯是一种性能优异的新型碳材料，具有较高的比表面积和表面丰富的官能团，被广泛应用于肿瘤治疗、药物载体和生物传感器等方面的研究。因此，由于氧化石墨烯表面含有大量的含氧基团，且具有良好的生物相容性，能通过进一步结构化功能修饰与其他材料构建复合支架[Liu C.Chinese Journal of Materials Research, 2015, 29, 7]，从而扩大其应用领域。
目前，氧化石墨烯复合材料主要包括聚合物类复合材料和无机物类复合材料，而氧化石墨烯的表面改性也是一个研究重点。
发明内容
本发明目的在于提供一种经修饰改性的氧化石墨烯/海藻酸钠复合水凝胶的制备方法。
基于上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种经修饰改性的氧化石墨烯/海藻酸钠复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
1）制备浓度为0.001-0.003g/ml的氧化石墨烯悬浮液；
2）将2,2′-(1,2-乙二基双氧代)双乙硫醇滴入温度为75-90 °C的步骤1）氧化石墨烯悬浮液中，搅拌，得黑色悬浮液；氧化石墨烯悬浮液与2,2′-(1,2-乙二基双氧代)双乙硫醇的体积用量比为1︰（0.1-0.5）；
3）于3000-8000 rpm下，将步骤2）黑色悬浮液离心，弃上清，将下层物质干燥，得2,2′-(1,2-乙二基双氧代)双乙硫醇修饰氧化石墨烯纳米颗粒，然后置于超纯水中，超声混合，得浓度为0.001-0.003g/ml的E-cGO悬浮液；
4）将步骤3）E-cGO悬浮液滴入浓度为0.01-0.03g/ml的海藻酸钠溶液中，混合，得E-cGO/Alg混合浆液；E-cGO悬浮液与海藻酸钠溶液的体积用量比为1︰（0.50-3.50）；
5）将步骤4）E-cGO/Alg混合浆液冷冻、解冻后，冷冻干燥，得E-cGO/Alg复合水凝胶。
步骤1）氧化石墨烯悬浮液的制备：将0.01-0.03g氧化石墨烯粉末加入10ml超纯水中，超声分散即可。
步骤4）海藻酸钠溶液的制备：将0.01-0.03g海藻酸钠粉末溶于10ml生理盐水溶液中，即可。
步骤5）冷冻、解冻条件：冷冻温度为-70 ~-60 ℃，冷冻时间为12 -24h；室温下，解冻1-2 h；冷冻干燥条件：冷冻干燥温度为-50℃，冷冻干燥时间为24 -48h。
步骤5）冷冻、解冻重复3 -5次。
步骤3）下层物质干燥条件：室温下，真空干燥24-48 h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1）本发明先对氧化石墨烯修饰，在氧化石墨烯上修饰2,2′-(1,2-乙二基双氧代)双乙硫醇小分子，得到E-cGO纳米颗粒，使氧化石墨烯层层间的距离缩短，可以提高氧化石墨烯基复合材料的力学性能，；
2）再将E-cGO纳米颗粒与海藻酸钠复合，通过循环冷冻、解冻方法制成的复合水凝胶，
是多孔与孔连接结构，孔表面粗糙，利于将复合水凝胶用于组织支架方面的应用；
3）本发明的方法可操作性强，有利于本发明在生物医用领域的推广。
附图说明
图1为实施例1的E-cGO纳米颗粒的X射线光电子能谱分析（XPS）图；
图2为实施例1的E-cGO纳米颗粒的傅里叶变换红外（FT-IR）结果；
图3 为氧化石墨烯及实施例1制得的E-cGO纳米颗粒的X射线衍射（XRD）分析；
图4为实施例1制得的E-cGO纳米颗粒的透射电子显微镜（TEM）分析结果；
图5 为实施例1-4制得E-cGO/Alg复合水凝胶的SEM图片；
图6是实施例1制得的E-cGO纳米颗粒的细胞相容性（CCK-8）结果分析；
图7是实施例1-4制得的E-cGO/海藻酸钠复合水凝胶细胞相容性（CCK-8）结果分析。
具体实施方式
实施例1
海藻酸钠溶液的制备：将0. 2g海藻酸钠（Alg）粉末溶于10ml生理盐水溶液（0.9% w/v氯化钠溶液）中，即可。
一种经修饰改性的氧化石墨烯/海藻酸钠复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
1）氧化石墨烯悬浮液的制备：将0.02g氧化石墨烯粉末加入10ml超纯水中，超声分散3h，得氧化石墨烯悬浮液；
2）将1 ml 2,2′-(1,2-乙二基双氧代)双乙硫醇滴入温度为90 ℃的步骤1）氧化石墨烯悬浮液（将其加热至90℃）中，搅拌30 min，得黑色悬浮液；
3）于8000 rpm下，将步骤2）黑色悬浮液离心，弃上清，于25℃下，将下层物质真空干燥24 h，得2,2′-(1,2-乙二基双氧代)双乙硫醇修饰氧化石墨烯（E-cGO）纳米颗粒，然后取0.01g E-cGO纳米颗粒置于10 mL超纯水中，超声混合3 h，得E-cGO悬浮液；
4）将步骤3）E-cGO悬浮液逐滴滴入5 mL浓度为0.01g/ml的海藻酸钠溶液中，混合（磁力搅拌30min），得E-cGO/Alg混合浆液；
5）将步骤4）E-cGO/Alg混合浆液于-70下，冷冻12 h后，室温下，解冻1h，冷冻、解冻重复3次，置于冷冻干燥机内，于-50℃下，冷冻干燥24h，得E-cGO/Alg复合水凝胶。
实施例2
海藻酸钠溶液的制备：将0. 2g海藻酸钠粉末溶于10ml生理盐水溶液（0.9% w/v氯化钠溶液）中，即可。
一种经修饰改性的氧化石墨烯/海藻酸钠复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
1）氧化石墨烯悬浮液的制备：将0.01g氧化石墨烯粉末加入10ml超纯水中，超声分散，得氧化石墨烯悬浮液；
2）将2.5 ml 2,2′-(1,2-乙二基双氧代)双乙硫醇滴入温度为90 ℃的步骤1）氧化石墨烯悬浮液（将其加热至90℃）中，搅拌30 min，得黑色悬浮液；
3）于5000 rpm下，将步骤2）黑色悬浮液离心，弃上清，于25℃下，将下层物质真空干燥24 h，得2,2′-(1,2-乙二基双氧代)双乙硫醇修饰氧化石墨烯（E-cGO）纳米颗粒，然后将0.02g E-cGO纳米颗粒置于10 mL超纯水中，超声混合3 h，得浓度为0.002g/ml的E-cGO悬浮液；
4）将步骤3）E-cGO悬浮液滴入10 mL海藻酸钠溶液中，混合（磁力搅拌30min），得E-cGO/Alg混合浆液；
5）将步骤4）E-cGO/Alg混合浆液于-70下，冷冻12 h后，室温下，解冻1h，冷冻、解冻重复4次，置于冷冻干燥机内，于-50℃下，冷冻干燥48h，得E-cGO/Alg复合水凝胶。
实施例3
海藻酸钠溶液的制备：将0. 3g海藻酸钠粉末溶于10ml生理盐水溶液（0.9% w/v氯化钠溶液）中，即可。
一种经修饰改性的氧化石墨烯/海藻酸钠复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
1）氧化石墨烯悬浮液的制备：将0.03g氧化石墨烯粉末加入10ml超纯水中，超声分散3h，得氧化石墨烯悬浮液；
2）将5 ml 2,2′-(1,2-乙二基双氧代)双乙硫醇滴入温度为90 ℃的步骤1）氧化石墨烯悬浮液（将其加热至90℃）中，搅拌30 min，得黑色悬浮液；
3）于3000 rpm下，将步骤2）黑色悬浮液离心，弃上清，于25℃下，将下层物质真空干燥24 h，得2,2′-(1,2-乙二基双氧代)双乙硫醇修饰氧化石墨烯（E-cGO）纳米颗粒，然后取0.03g E-cGO纳米颗粒置于10 mL超纯水中，超声混合3 h，得浓度为0.003g/ml的E-cGO悬浮液；
4）将步骤3）E-cGO悬浮液滴入20 mL浓度为0.03g/ml的海藻酸钠溶液中，混合（磁力搅拌30min），得E-cGO/Alg混合浆液；
5）将步骤4）E-cGO/Alg混合浆液于-70下，冷冻12 h后，室温下，解冻1h，冷冻、解冻重复3次，置于冷冻干燥机内，于-50℃下，冷冻干燥40h，得E-cGO/Alg复合水凝胶。
实施例4
海藻酸钠溶液的制备：将0. 3g海藻酸钠粉末溶于10ml生理盐水溶液中，即可。
一种经修饰改性的氧化石墨烯/海藻酸钠复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
1）氧化石墨烯悬浮液的制备：将0.03g氧化石墨烯粉末加入10ml超纯水中，超声分散3h，得氧化石墨烯悬浮液；
2）将5 ml 2,2′-(1,2-乙二基双氧代)双乙硫醇滴入温度为90 ℃的步骤1）氧化石墨烯悬浮液（将其加热至90℃）中，搅拌30 min，得黑色悬浮液；
3）于3000 rpm下，将步骤2）黑色悬浮液离心，弃上清，于25℃下，将下层物质真空干燥24 h，得2,2′-(1,2-乙二基双氧代)双乙硫醇修饰氧化石墨烯（E-cGO）纳米颗粒，然后取0.03g E-cGO纳米颗粒置于10 mL超纯水中，超声混合3 h，得浓度为0.003g/ml的E-cGO悬浮液；
4）将步骤3）E-cGO悬浮液滴入35 mL浓度为0.03g/ml的海藻酸钠溶液中，混合（磁力搅拌30min），得E-cGO/Alg混合浆液；
5）将步骤4）E-cGO/Alg混合浆液于-70下，冷冻12 h后，室温下，解冻1h，冷冻、解冻重复5次，置于冷冻干燥机内，于-50℃下，冷冻干燥24h，得E-cGO/Alg复合水凝胶。
实施例5 性能测试
5.1 E-cGO纳米颗粒检测
将实施例1制备的E-cGO纳米颗粒分别进行XPS检测、傅立叶红外光谱（FT-IR）分析和TEM分析，检测结果分别如图1 、2和4所示。
由图1和2得知，氧化石墨烯上成功修饰2,2′-(1,2-乙二基双氧代)双乙硫醇小分子。由图4得知，对氧化石墨烯修饰改性后，其形貌为无定形，没有改变氧化石墨烯的无定形形貌。
5.2 GO 和E-cGO纳米颗粒对比分析
对实施例1的氧化石墨烯（GO）和E-cGO纳米颗粒分别进行XRD分析，结果如图3所示。
由图1和3得知，氧化石墨烯改性后，氧化石墨烯层层距离减少，利用修饰改性后的氧化石墨烯复合聚合物，能够改善材料的生物学性能。
5.3 E-cGO/Alg复合水凝胶SEM测试
对实施例1-4制备的E-cGO/Alg复合水凝胶进行SEM测试，测试结果如图5所示，其中，图A为实施例1的E-cGO/Alg复合水凝胶，图B为实施例2的E-cGO/Alg复合水凝胶，图C为实施例3制备的E-cGO/Alg复合水凝胶，图D为实施例4制备的E-cGO/Alg复合水凝胶。
由图5得知，本发明制得的E-cGO/Alg复合水凝胶为多孔与孔连接结构，孔表面粗糙，利于将复合水凝胶用于组织支架方面的应用。
5.4 细胞相容性实验
为说明发明效果，以实施例1为例，稀释制备出100μg/ml浓度的E-cGO纳米颗粒悬浮液，与骨髓间充质干细胞进行培养1到5天，采用CCK-8进行检测，结果如图6所示。同时不加样品作为控制实验组，从图6可以看出，细胞活性随着时间呈增加趋势，说明制备出的E-cGO纳米颗粒具有良好的细胞相容性。
取实施例1-4制得的E-cGO/海藻酸钠复合水凝胶样品，对E-cGO/海藻酸钠复合水凝胶的细胞相容性进行检测。取E-cGO/海藻酸钠复合水凝胶样品与骨髓间充质干细胞进行培养1到5天，采用CCK-8进行检测，结果如图7所示。其中，不加样品作为控制实验对照组，从图7中可以看出，本发明制备的E-cGO/海藻酸钠复合水凝胶细胞毒性低，细胞相容性良好。

Claims (6)

1.一种经修饰改性的氧化石墨烯/海藻酸钠复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）制备浓度为0.001-0.003g/ml的氧化石墨烯悬浮液；
2）将2,2′-(1,2-乙二基双氧代)双乙硫醇滴入温度为75-90 °C的步骤1）氧化石墨烯悬浮液中，搅拌，得黑色悬浮液；氧化石墨烯悬浮液与2,2′-(1,2-乙二基双氧代)双乙硫醇的体积用量比为1︰（0.1-0.5）；
3）于3000-8000 rpm下，将步骤2）黑色悬浮液离心，弃上清，将下层物质干燥，得2,2′-(1,2-乙二基双氧代)双乙硫醇修饰氧化石墨烯纳米颗粒，然后置于超纯水中，超声混合，得浓度为0.001-0.003g/ml的E-cGO悬浮液；
4）将步骤3）E-cGO悬浮液滴入浓度为0.01-0.03g/ml的海藻酸钠溶液中，混合，得E-cGO/Alg混合浆液；E-cGO悬浮液与海藻酸钠溶液的体积用量比为1︰（0.50-3.50）；
5）将步骤4）E-cGO/Alg混合浆液冷冻、解冻后，冷冻干燥，得E-cGO/Alg复合水凝胶。
2.如权利要求1所述的经修饰改性的氧化石墨烯/海藻酸钠复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤1）氧化石墨烯悬浮液的制备：将0.01-0.03g氧化石墨烯粉末加入10ml超纯水中，超声分散即可。
3.如权利要求1所述的经修饰改性的氧化石墨烯/海藻酸钠复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤4）海藻酸钠溶液的制备：将0.01-0.03g海藻酸钠粉末溶于10ml生理盐水溶液中，即可。
4.如权利要求1所述的经修饰改性的氧化石墨烯/海藻酸钠复合水凝胶的制备方法，其特征在于， 步骤5）冷冻、解冻条件：冷冻温度为-70 ~-60 ℃，冷冻时间为12 -24h；室温下，解冻1-2 h；冷冻干燥条件：冷冻干燥温度为-50℃，冷冻干燥时间为24 -48h。
5.如权利要求4所述的经修饰改性的氧化石墨烯/海藻酸钠复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤5）冷冻、解冻重复3 -5次。
6.如权利要求1所述的经修饰改性的氧化石墨烯/海藻酸钠复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤3）下层物质干燥条件：室温下，真空干燥24~48 h。
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