一種生物相容性碳納米管聚合物及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種生物相容性碳納米管聚合物及其制備方法。制備方法如下：將碳納米管和氫氧化鉀混合球磨，加水溶解超聲后過濾干燥得表面羥基化的碳納米管；將2?十二烷基三硫代碳酸酯基?2?甲基丙酸、二環(huán)己基碳二亞胺、4?二甲氨基吡啶和二氯甲烷攪拌溶解；將表面羥基化的碳納米管和二氯甲烷超聲；將上述混合液混合后過濾干燥得固體A；將2?甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿、甲基丙烯酸丁酯、偶氮異丁腈和無水乙醇攪拌反應(yīng)得反應(yīng)液B；將固體A和無水乙醇超聲，加反應(yīng)液B攪拌，加三氯甲烷和乙醚沉淀過濾，干燥得最終產(chǎn)物。本發(fā)明可有效改善材料的生物相容性，避免蛋白吸附、凝血等反應(yīng)，有利于在生物傳感器、生物燃料電池領(lǐng)域的使用。
【專利說明】
一種生物相容性碳納米管聚合物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及高分子領(lǐng)域，具體涉及一種生物相容性碳納米管聚合物及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳納米管是一類直徑一般從幾個(gè)納米到幾十個(gè)納米的單層石墨結(jié)構(gòu)的管形碳材 料，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、電磁特性以及力學(xué)性能，在諸多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。原始的 碳納米管具有強(qiáng)疏水性，同時(shí)彼此之間存在極強(qiáng)的團(tuán)聚作用，在水及有機(jī)溶劑中難以分散， 限制了其分子水平的研究及應(yīng)用。此外，其疏水和團(tuán)聚特性也不利于將其應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué) 領(lǐng)域。目前對碳納米管進(jìn)行親水性修飾應(yīng)用比較多的手段是共價(jià)修飾法，一般常用的共價(jià) 修飾方法是用強(qiáng)酸將截成短管，同時(shí)表面引入竣基，從而增加碳納米管在水溶液中的溶解 度，然而，迄今為止通過強(qiáng)酸處理得到的碳納米管水溶液濃度仍然比較低，一般在0.01-0.2mg/mL，且與生物大分子的親和性較差。
[0003]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 要解決的技術(shù)問題:本發(fā)明提出了一類具有2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿單元和 碳納米管單元的聚合物，在發(fā)揮碳納米管優(yōu)良電化學(xué)性能的同時(shí)具有水溶性、不易團(tuán)聚和 生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，適用于生物傳感器、生物燃料電池等生物電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0005] 技術(shù)方案:一種生物相容性碳納米管聚合物，其結(jié)構(gòu)式如下：
其中，當(dāng)聚合物為醇溶性時(shí)，m為1000-1500，n為2000-3500，當(dāng)聚合物為水溶性時(shí)，m為 2000-3500，n為1000-1500。
[0006] 上述生物相容性碳納米管聚合物的制備方法包括以下步驟： (1) 將0.9-1.2g碳納米管和4-6g氫氧化鉀混合，在球磨機(jī)中以轉(zhuǎn)速100-120rpm球磨2-2.5小時(shí)； (2) 加100-130mL去離子水溶解，升溫至60-70°C下使用細(xì)胞粉碎機(jī)超聲處理30-40分 鐘； (3) 過濾后用水清洗，放入烘箱中干燥得表面羥基化的碳納米管； (4) 將1-1.2g2-十二烷基三硫代碳酸酯基-2-甲基丙酸、0.9-0.95g二環(huán)己基碳二亞 胺、0.53-0.5784-二甲氨基吡啶和11-13!^二氯甲烷混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌溶解； (5) 將表面羥基化的碳納米管和7-9mL二氯甲烷混合并超聲分散3-5分鐘； (6) 將上述兩種混合液混合，在25-30°C下攪拌12-13小時(shí)； (7) 過濾，依次用稀鹽酸和二氯甲烷洗滌產(chǎn)物，真空干燥得到黑色固體A; (8) 將1.45-3g2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿、0.71-1.428甲基丙烯酸丁酯、15-2〇!1^ 偶氮異丁腈和9_12mL無水乙醇混合加入大試管中，攪拌溶解； (9) 大試管抽真空后通入高純氮?dú)?，如此反?fù)3次排去氧氣，排氣后將試管在高純氮?dú)?保護(hù)下密封，在溫度60-65 °C下反應(yīng)3-4小時(shí)得反應(yīng)液B; (10) 將0.5-0.6g固體A和1 l-18mL無水乙醇混合，放入超聲儀中進(jìn)行超聲分散10-20分 鐘； (11) 加入反應(yīng)液B，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加熱攪拌2-2.5小時(shí)； (12) 加入三氯甲烷和乙醚混合溶劑進(jìn)行沉淀，其中3-5mL三氯甲烷和12-20mL無水乙 醚的體積比為1:4; (13 )過濾，固體產(chǎn)物放入真空干燥箱中干燥即得最終產(chǎn)物。
[0007] 進(jìn)一步的，所述的一種生物相容性碳納米管聚合物的制備方法，所述的步驟（1)中 轉(zhuǎn)速為1〇5_115印111，球磨時(shí)間為2.25小時(shí)。
[0008] 進(jìn)一步的，所述的一種生物相容性碳納米管聚合物的制備方法，所述的步驟(2)中 溫度為65 °C，處理時(shí)間為35分鐘。
[0009] 進(jìn)一步的，所述的一種生物相容性碳納米管聚合物的制備方法，所述的步驟(6)中 溫度為27 °C，攪拌時(shí)間為12.5小時(shí)。
[0010] 進(jìn)一步的，所述的一種生物相容性碳納米管聚合物的制備方法，所述的步驟(7)中 黑色固體A的結(jié)構(gòu)式為：
[0011] 進(jìn)一步的，所述的一種生物相容性碳納米管聚合物的制備方法，所述的步驟(8)中 2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿和甲基丙烯酸丁酯的摩爾比為2:1或1:2。
[0012] 進(jìn)一步的，所述的一種生物相容性碳納米管聚合物的制備方法，所述的步驟(9)中 溫度為63 °C，反應(yīng)時(shí)間為3.5小時(shí)。
[0013] 進(jìn)一步的，所述的一種生物相容性碳納米管聚合物的制備方法，所述的步驟（10 ) 中分散時(shí)間為15分鐘。
[0014] 進(jìn)一步的，所述的一種生物相容性碳納米管聚合物的制備方法，所述的步驟（11) 中攪拌時(shí)間為2.25小時(shí)。
[0015] 有益效果:本發(fā)明的生物相容性碳納米管聚合物可有效提高碳納米管的水(醇)溶 性，經(jīng)實(shí)測，當(dāng)2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿和甲基丙烯酸丁酯的摩爾比為2:1時(shí)，最終產(chǎn) 物可溶于水，配制成5%質(zhì)量百分比的水溶液在室溫下靜置1周未發(fā)生團(tuán)聚；當(dāng)2-甲基丙烯酰 氧乙基磷酸膽堿和甲基丙烯酸丁酯的摩爾比為1:2時(shí)，最終產(chǎn)物不溶于水，但可溶于95%的 乙醇，配置成5%質(zhì)量百分比的醇溶液在室溫下靜置1周未發(fā)生團(tuán)聚。本發(fā)明的生物相容性碳 納米管聚合物可制備成薄膜或者多孔體，在滿足導(dǎo)電性能的同時(shí)通過在材料表面引入仿生 磷脂基團(tuán)，有效的改善了材料的生物相容性，避免蛋白吸附、凝血等反應(yīng)，有利于在生物傳 感器、生物燃料電池領(lǐng)域的使用。
[0016]
【具體實(shí)施方式】 [0017] 實(shí)施例！ 一種生物相容性碳納米管聚合物的制備方法，包括以下步驟:（1)將0.9g碳納米管和4g 氫氧化鉀混合，在球磨機(jī)中以轉(zhuǎn)速lOOrpm球磨2小時(shí)；（2)加100mL去離子水溶解，升溫至60 °C下使用細(xì)胞粉碎機(jī)超聲處理30分鐘；（3)過濾后用水清洗，放入烘箱中干燥得表面羥基化 的碳納米管；（4)將lg2-十二烷基三硫代碳酸酯基-2-甲基丙酸、0.9g二環(huán)己基碳二亞胺、 0.53g4-二甲氨基吡啶和llmL二氯甲烷混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌溶解；（5)將表面羥基化的 碳納米管和7mL二氯甲烷混合并超聲分散3分鐘；（6)將上述兩種混合液混合，在25°C下攪拌 12小時(shí)；（7)過濾，依次用稀鹽酸和二氯甲烷洗滌產(chǎn)物，真空干燥得到黑色固體A; (8)將 1.45g2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿、1.39g甲基丙烯酸丁酯、15mg偶氮異丁腈和9mL無水乙 醇混合加入大試管中，攪拌溶解；（9)大試管抽真空后通入高純氮?dú)?，如此反?fù)3次排去氧 氣，排氣后將試管在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下密封，在溫度60°C下反應(yīng)3小時(shí)得反應(yīng)液B; (10)將0.5g 固體A和llmL無水乙醇混合，放入超聲儀中進(jìn)行超聲分散10分鐘；（11)加入反應(yīng)液B，在氮?dú)?保護(hù)下加熱攪拌2小時(shí)；（12)加入3mL三氯甲烷和12mL乙醚混合溶劑進(jìn)行沉淀；（13)過濾， 固體產(chǎn)物放入真空干燥箱中干燥即得最終醇溶性產(chǎn)物。
[0018] 實(shí)施例2 一種生物相容性碳納米管聚合物的制備方法，包括以下步驟:（1)將lg碳納米管和5g氫 氧化鉀混合，在球磨機(jī)中以轉(zhuǎn)速105rpm球磨2.25小時(shí)；（2)加110mL去離子水溶解，升溫至65 °C下使用細(xì)胞粉碎機(jī)超聲處理35分鐘；（3)過濾后用水清洗，放入烘箱中干燥得表面羥基化 的碳納米管；（4)將1.05g2-十二烷基三硫代碳酸酯基-2-甲基丙酸、0.92g二環(huán)己基碳二亞 胺、0.54g4-二甲氨基吡啶和12mL二氯甲烷混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌溶解;（5)將表面羥基化 的碳納米管和8mL二氯甲烷混合并超聲分散4分鐘；（6)將上述兩種混合液混合，在27°C下攪 拌12.5小時(shí)；（7)過濾，依次用稀鹽酸和二氯甲烷洗滌產(chǎn)物，真空干燥得到黑色固體A;(8)將 1.48g2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿、1.42g甲基丙烯酸丁酯、17mg偶氮異丁腈和10mL無水 乙醇混合加入大試管中，攪拌溶解;（9)大試管抽真空后通入高純氮?dú)?，如此反?fù)3次排去氧 氣，排氣后將試管在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下密封，在溫度63°C下反應(yīng)3.5小時(shí)得反應(yīng)液B; (10)將 0.55g固體A和14mL無水乙醇混合，放入超聲儀中進(jìn)行超聲分散15分鐘；（11)加入反應(yīng)液B， 在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加熱攪拌2.25小時(shí)；（12)加入4mL三氯甲烷和16mL乙醚混合溶劑進(jìn)行沉淀； (13)過濾，固體產(chǎn)物放入真空干燥箱中干燥即得最終醇溶性產(chǎn)物。
[0019] 實(shí)施例3 一種生物相容性碳納米管聚合物的制備方法，包括以下步驟:（1)將1. lg碳納米管和5g 氫氧化鉀混合，在球磨機(jī)中以轉(zhuǎn)速115rpm球磨2.25小時(shí)；（2)加120mL去離子水溶解，升溫至 65°C下使用細(xì)胞粉碎機(jī)超聲處理35分鐘；（3)過濾后用水清洗，放入烘箱中干燥得表面羥基 化的碳納米管；（4)將l.lg2-十二烷基三硫代碳酸酯基-2-甲基丙酸、0.94g二環(huán)己基碳二亞 胺、0.55g4-二甲氨基吡啶和12mL二氯甲烷混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌溶解;（5)將表面羥基化 的碳納米管和8mL二氯甲烷混合并超聲分散4分鐘；（6)將上述兩種混合液混合，在27°C下攪 拌12.5小時(shí)；（7)過濾，依次用稀鹽酸和二氯甲烷洗滌產(chǎn)物，真空干燥得到黑色固體A;(8)將 2.95g2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿、0.71g甲基丙烯酸丁酯、18mg偶氮異丁腈和llmL無水 乙醇混合加入大試管中，攪拌溶解;（9)大試管抽真空后通入高純氮?dú)?，如此反?fù)3次排去氧 氣，排氣后將試管在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下密封，在溫度63°C下反應(yīng)3.5小時(shí)得反應(yīng)液B; (10)將 0.55g固體A和16mL無水乙醇混合，放入超聲儀中進(jìn)行超聲分散15分鐘；（11)加入反應(yīng)液B， 在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加熱攪拌2.25小時(shí)；（12)加入4mL三氯甲烷和16mL乙醚混合溶劑進(jìn)行沉淀； (13 )過濾，固體產(chǎn)物放入真空干燥箱中干燥即得最終水溶性產(chǎn)物。
[0020] 實(shí)施例4 一種生物相容性碳納米管聚合物的制備方法，包括以下步驟:（1)將1.2g碳納米管和6g 氫氧化鉀混合，在球磨機(jī)中以轉(zhuǎn)速120rpm球磨2.5小時(shí)；（2)加130mL去離子水水溶解，升溫 至70°C下使用細(xì)胞粉碎機(jī)超聲處理40分鐘；（3)過濾后用水清洗，放入烘箱中干燥得表面羥 基化的碳納米管；（4)將1.2g2-十二烷基三硫代碳酸酯基-2-甲基丙酸、0.95g二環(huán)己基碳二 亞胺、0.57g4-二甲氨基吡啶和13mL二氯甲烷混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌溶解;（5)將表面羥基 化的碳納米管和9mL二氯甲烷混合并超聲分散5分鐘；（6)將上述兩種混合液混合，在30°C下 攪拌13小時(shí)；（7)過濾，依次用稀鹽酸和二氯甲烷洗滌產(chǎn)物，真空干燥得到黑色固體A;(8)將 3g2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿、0.72g甲基丙烯酸丁酯、20mg偶氮異丁腈和12mL無水乙醇 混合加入大試管中，攪拌溶解；（9)大試管抽真空后通入高純氮?dú)?，如此反?fù)3次排去氧氣， 排氣后將試管在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下密封，在溫度65°C下反應(yīng)4小時(shí)得反應(yīng)液B; (10)將0.6g固 體A和18mL無水乙醇混合，放入超聲儀中進(jìn)行超聲分散20分鐘；（11)加入反應(yīng)液B，在氮?dú)獗?護(hù)下加熱攪拌2.5小時(shí)；（12)加入5mL三氯甲烷和20mL乙醚混合溶劑進(jìn)行沉淀；（13)過濾， 固體產(chǎn)物放入真空干燥箱中干燥即得最終水溶性產(chǎn)物。
[0021] 根據(jù)實(shí)施例2制備的醇溶性產(chǎn)物，配成重量百分比為1%的醇溶液，將其涂覆于聚乙 烯基片表面，待其干燥后用去離子水沖去多余的醇溶性產(chǎn)物，使用四探針法測量表面電阻， 結(jié)果見下表1，可以發(fā)現(xiàn)表面電阻明顯減小，導(dǎo)電性能大大增加。
根據(jù)實(shí)施例2制備的醇溶性產(chǎn)物，配成重量百分比為1%的醇溶液，將其涂覆于鈦合金基 片表面，待其干燥后用去離子水沖去多余的醇溶性產(chǎn)物，對照組采用經(jīng)過羧酸化處理的碳 納米管懸液涂覆于鈦合金基板并干燥處理，將兩組鈦合金基片和在加入抗凝劑的血液中進(jìn) 行45分鐘的浸泡，使用酶標(biāo)儀測定血清蛋白的吸附量，結(jié)果見下表2,可以發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)吸附 量明顯減小，生物相容性大大增加。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種生物相容件碳納米管聚合物，其特征在于：其結(jié)構(gòu)式如下：其中，當(dāng)聚合物為醇溶性時(shí)，m為1000-1500，n為2000-3500，當(dāng)聚合物為水溶性時(shí)，m為 2000-3500，n為1000-1500。2. 權(quán)利要求1所述的一種生物相容性碳納米管聚合物的制備方法，其特征在于:包括以 下步驟： (1) 將0·9-1 ·2g碳納米管和4-6g氫氧化鉀混合，在球磨機(jī)中以轉(zhuǎn)速100-120rpm球磨2-2.5小時(shí)； (2) 加100-130mL去離子水溶解，升溫至60-70°C下使用細(xì)胞粉碎機(jī)超聲處理30-40分 鐘； (3) 過濾后用水清洗，放入烘箱中干燥得表面羥基化的碳納米管； (4) 將1-1.2g2-十二烷基三硫代碳酸酯基-2-甲基丙酸、0.9-0.95g二環(huán)己基碳二亞 胺、0.53-0.5784-二甲氨基吡啶和11-13!^二氯甲烷混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌溶解； (5) 將表面羥基化的碳納米管和7-9mL二氯甲烷混合并超聲分散3-5分鐘； (6) 將上述兩種混合液混合，在25-30°C下攪拌12-13小時(shí)； (7) 過濾，依次用稀鹽酸和二氯甲烷洗滌產(chǎn)物，真空干燥得到黑色固體A; (8) 將1.45-3g2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿、0.71-1.428甲基丙烯酸丁酯、15-2〇!1^ 偶氮異丁腈和9_12mL無水乙醇混合加入大試管中，攪拌溶解； (9) 大試管抽真空后通入高純氮?dú)?，如此反?fù)3次排去氧氣，排氣后將試管在高純氮?dú)?保護(hù)下密封，在溫度60-65 °C下反應(yīng)3-4小時(shí)得反應(yīng)液B; (10) 將0.5-0.6g固體A和ll-18mL無水乙醇混合，放入超聲儀中進(jìn)行超聲分散10-20分 鐘； (11) 加入反應(yīng)液B，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加熱攪拌2-2.5小時(shí)； (12) 加入三氯甲烷和乙醚混合溶劑進(jìn)行沉淀，其中3-5mL三氯甲烷和12-20mL無水乙 醚的體積比為1:4; (13 )過濾，固體產(chǎn)物放入真空干燥箱中干燥即得最終產(chǎn)物。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種生物相容性碳納米管聚合物的制備方法，其特征在于:所 述步驟(1)中轉(zhuǎn)速為105-115rpm，球磨時(shí)間為2.25小時(shí)。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種生物相容性碳納米管聚合物的制備方法，其特征在于:所 述步驟(2)中溫度為65°C，處理時(shí)間為35分鐘。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種生物相容性碳納米管聚合物的制備方法，其特征在于:所 述步驟(6)中溫度為27°C，攪拌時(shí)間為12.5小時(shí)。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種生物相容性碳納米管聚合物的制備方法，其特征在于:所 述步驟(7)中黑色固體A的結(jié)構(gòu)式為7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種生物相容性碳納米管聚合物的制備方法，其特征在于:所 述步驟(8)中2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿和甲基丙烯酸丁酯的摩爾比為2:1或1:2。8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種生物相容性碳納米管聚合物的制備方法，其特征在于:所 述步驟(9)中溫度為63°C，反應(yīng)時(shí)間為3.5小時(shí)。9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種生物相容性碳納米管聚合物的制備方法，其特征在于:所 述步驟(IO )中分散時(shí)間為15分鐘。10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種生物相容性碳納米管聚合物的制備方法，其特征在于： 所述步驟(11)中攪拌時(shí)間為2.25小時(shí)。
【文檔編號】C08F292/00GK105884986SQ201610446988
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】李子寅, 林曉杰, 鄔蘇東
【申請人】蘇州艾博邁爾新材料有限公司