一种共价有机框架修饰的石墨烯材料及其合成方法和应用技术

本发明专利技术属于新型纳米材料技术领域，具体为一种共价有机框架修饰的石墨烯材料及其合成方法和应用。本发明专利技术先采用一锅法合成磁性石墨烯材料，再将磁性石墨烯分散在1,3,5‑三甲基苯和1,4‑二氧六环的溶液中，加入1,4‑苯二硼酸和2,3,6,7,10,11‑六羟基三苯两种单体，在室温下超声反应，制得共价有机框架修饰的磁性石墨烯复合材料。实验表明，该材料具有疏松多孔结构、大的比表面积和稳定的生物相容性，利用该复合材料在生物分子的富集研究中具有反应效率高、特异性强、稳定性好等优点，实现对多种复杂混合样品的高效鉴定。本发明专利技术成本低廉，操作简单，实用高效，稳定性高，重复性好，具有巨大的应用前景。

Graphene material modified by covalent organic framework and synthetic method and application thereof

The invention belongs to the technical field of new nanometer materials, in particular to a graphene material modified by covalent organic frameworks, a synthesis method and an application thereof. The first one pot synthesis of magnetic graphene material, and the magnetic graphene dispersed in the solution of 1,3,5 three methyl benzene and 1,4 two oxygen ring six, adding 1,4 benzene two boric acid and six hydroxy three 2,3,6,7,10,11 benzene two monomers, ultrasonic reaction at room temperature, the magnetic graphene composites preparation of modified covalent organic frameworks. Experiments show that the material has porous structure, large surface area and stable biocompatibility, the composite material has the advantages of high reaction efficiency, strong specificity and good stability in the enrichment of biological molecules, achieve efficient identification of a variety of complex mixed samples. The invention has the advantages of low cost, simple operation, practicability, high efficiency, high stability, good repeatability and great application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种共价有机框架修饰的石墨烯材料及其合成方法和应用
本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种共价有机框架修饰的石墨烯材料及其合成方法和应用。
技术介绍
蛋白质是生命现象的直接体现者，对蛋白质功能的研究将有助于理解生命活动的诸多生理过程。糖基化是蛋白质翻译后修饰最重要的方式之一，是必需的生理过程，对蛋白质生物学功能的正确发挥起着至关重要的作用。分离纯化及鉴定是对糖蛋白研究的重要步骤，近年来，生物质谱分析技术被广泛应用于糖基化蛋白/肽研究中，但由于自身的弱电离能力和较低的丰度，以及糖基化肽的质谱信号往往被非糖基化肽、盐以及杂质分子所掩蔽，导致直接使用质谱进行分析检测这将会面临巨大挑战。因此，在质谱分析前对复杂生物样品中的糖基化蛋白/肽段进行固相微萃取的分析前处理是成功鉴定糖基化蛋白/肽段的重要过程。恶性肿瘤的发病率逐年提高，其靶向性治疗备受关注。理想的抗癌药物或药物载体能够系统能靶向性地到达肿瘤部位并快速起效，且对正常组织无不良反应。共价有机框架材料(Covalentorganicframeworks，简称COFs)是一种通过共价键连接的二维或者三维有机多孔材料，可以通过不同前驱反应物设计出不同的成分、外形和孔隙的有机材料。多孔结构因具有大的比表面积、稳定的多孔结构、优异的机械稳定性和表面易修饰等特点被广泛的应用于分离、气体吸附、催化、传感等诸多领域，因此引起了科研工作者们的广泛关注。本专利技术首次合成了具有强磁响应的一种共价有机框架修饰的石墨烯复合材料并应用于亲水性糖基化肽的分离、富集中，在外加磁场作用下，整个过程快速简便，可行性强。共价有机框架修饰的石墨烯复合材料的亲水孔道对目标糖基化肽具有很强的作用力，使得经过该材料高效富集后，目标肽段分子的质谱信号显著增强，并且通过体积筛分效应复合材料成功屏蔽掉大尺寸的干扰分子，有效的提高了对糖基化肽的富集效率。对于正常人血清糖基化肽的研究中也得到了令人满意的鉴定结果。于此同时，利用表面和孔道特有的结构与水溶性的抗癌药物阿霉素进行很好的结合，通过材料与细胞间发生相互作用，可以有效的进行药物释放，达到对循环肿瘤细胞的有效杀伤。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种合成操作简单、成本低廉、稳定性好、重复率高的共价有机框架修饰的石墨烯材料及其合成方法，以及在糖基化肽分离、富集与MALDI-TOF-MS、nano-LC-MS/MS检测、循环肿瘤细胞成像中的应用。本专利技术提供的共价有机框架修饰的石墨烯材料的合成方法，具体步骤如下：(1)将300-500mg片层石墨烯分散到60-70mL浓硝酸中，50-70℃水浴回流7-9小时；(2)将步骤(1)所得产物进行离心、分离，用去离子水清洗直至溶液为中性；(3)将步骤(2)所得产物在45-50℃下真空干燥，放置保存，得到酸化石墨烯；(4)将400-450mgFeCl3·6H2O溶于40-60mL乙二醇中，搅拌得到黄色透明溶液；(5)将步骤(3)所得产物分散在步骤(4)所得溶液中，超声1.0-2.0小时，步骤(3)所得产物与步骤(4)所得溶液比例为：(150-200mg):(40-60mL)；(6)超声搅拌情况下，将柠檬酸三钠、醋酸钠、聚乙二醇(Mr＝20000)加入到步骤(5)所得混合溶液中，充分搅拌1.0-1.5小时，其中柠檬酸三钠、醋酸钠、聚乙二醇(20000)配比为：(140-160mg):(1.6-2.0g):(0.8-1.2g)；(7)将步骤(6)所得混合溶液转移至水热反应釜中，在180-220℃下加热10-12小时；(8)将步骤(7)中高压反应釜冷却至室温，用磁铁分离出产物，并用去离子水和无水乙醇洗涤以除去多余的原料杂质，45-50℃下真空干燥，得到磁性石墨烯材料，记为magG；(9)将步骤(8)中磁性分离出的20-40mg磁性石墨烯，加入1,3,5-三甲基苯和1,4-二氧六环的溶液中，超声分散0.5-1.0小时；(10)超声搅拌中，将1,4-苯二硼酸和2,3,6,7,10,11-六羟基三苯加入到步骤(9)溶液中，超声分散3-4小时；(11)通过磁性分离，将步骤(10)所得产物经过丙酮、乙醇洗，以除去表面杂质；(12)将步骤(11)所得产物在45-50℃下真空干燥，得到共价有机框架修饰的石墨烯材料，记为MagG@B-COF-5。本专利技术制备的以共价有机框架修饰的石墨烯材料，可用于糖基化肽分离、富集与质谱鉴定中，具体步骤为：将共价有机框架修饰的石墨烯材料与目标糖基化肽溶液充分混合，加入85-95％乙腈/0.10-0.15％三氟乙酸缓冲液中，分散均匀，在37-39℃酶解仪中孵育；通过离心分离出复合材料，用85-95％乙腈/0.10-0.15％三氟乙酸缓冲液洗涤复合材料3-5次，用25-30％乙腈/0.10-0.15％三氟乙酸洗脱；取0.8-1.2μL洗脱液点在MALDI-TOF-MS靶板上，自然干燥后再滴加0.8-1.2μL浓度为20-25mg/mL的2,5-二羟基苯甲酸(DHB)溶液于被分析物液滴上，形成薄层基质，干燥后进行质谱分析。本专利技术制备的以共价有机框架修饰的石墨烯材料，还可用于人体血清样品鉴定中。利用上述合成的以共价有机框架修饰的石墨烯材料，进行富集后续检测，可以大幅度提高原本无法鉴定到的糖基化肽段信号，以得到清晰、信噪比高的糖基化肽段信号峰。该富集策略已经实践于HRP蛋白酶解液、HRP蛋白酶解液与牛血清白蛋白和HRP蛋白混合溶液、正常人血清等多项实验中。同时，本专利技术制备的以共价有机框架修饰的石墨烯材料，在循环肿瘤细胞中也得到很好的应用。利用上述合成的以共价有机框架修饰的石墨烯材料，作为一个药物载体，成功负载抗癌药物阿霉素，材料进入细胞后，可以起到对阿霉素药物的高效释放，达到对癌细胞的有效杀伤。本专利技术的有益效果在于：所提供的一种以共价有机框架修饰的石墨烯材料合成方法简单，磁性材料的引入简便了材料与溶液的分离，大大简化了实验操作步骤；制备所得复合材料具有良好的亲水性孔道结构、大比表面积和优异的生物相容性，对糖基化肽的分离、富集具有强选择性和卓越的灵敏度，可作为一种有效的固相微萃取材料应用于生物肽组学的高效研究中。该专利技术材料合适的亲水孔径结构能够起到体积筛分效应，对于复杂样品鉴定有着显著的效果，适用于人体血清、鼠肝、鼠脑、各类细胞蛋白等各种复杂生物样品中。于此同时，合适的孔径结构可以高效负载抗癌药物阿霉素，在循环肿瘤细胞内达到有效的药物释放。诸多实验结果充分证明，本专利技术制得的材料合成简便、成本低、稳定性好、重复率高，在多种生物样品分析中具有广阔的应用前景。附图说明图1为一种共价有机框架修饰的石墨烯材料的合成流程图。图2为实施例1的有关材料的透射电子显微镜照片。其中，(a)磁性石墨烯透射电子显微镜照片；(b)共价有机框架修饰的石墨烯材料的透射电子显微镜照片。图3为实施例2中10-6M的HRP酶解液(a)和(b)经一种共价有机框架修饰的石墨烯材料选择性富集后的质谱图。图4为实施例3中0.5fmol/μL的HRP酶解液(a)选择性富集前和(b)经一种共价有机框架修饰的石墨烯材料选择性富集后的质谱图。图5为实施例3中一种共价有机框架修饰的石墨烯材料负载阿霉素后与MCF-7细胞孵育的荧光共聚焦成像图。具体实施方式实施例1：一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种共价有机框架修饰的石墨烯材料的合成方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）将300‑500 mg片层石墨烯分散到60‑70 mL浓硝酸中，50‑70 ℃水浴回流7‑9小时；（2）将步骤（1）所得产物进行离心、分离，用去离子水清洗直至溶液为中性；（3）将步骤（2）所得产物在45‑50 ℃下真空干燥，放置保存，得到酸化石墨烯；（4）将400‑450 mg FeCl

【技术特征摘要】
1.一种共价有机框架修饰的石墨烯材料的合成方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）将300-500mg片层石墨烯分散到60-70mL浓硝酸中，50-70℃水浴回流7-9小时；（2）将步骤（1）所得产物进行离心、分离，用去离子水清洗直至溶液为中性；（3）将步骤（2）所得产物在45-50℃下真空干燥，放置保存，得到酸化石墨烯；（4）将400-450mgFeCl3•6H2O溶于40-60mL乙二醇中，搅拌得到黄色透明溶液；（5）将步骤（3）所得产物分散在步骤（4）所得溶液中，超声1.0-2.0小时，步骤（3）所得产物与步骤（4）所得溶液比例为：（150-200mg）:（40-60mL）；（6）超声搅拌情况下，将柠檬酸三钠、醋酸钠、聚乙二醇（Mr=20000）加入到步骤（5）所得混合溶液中，充分搅拌1.0-1.5小时，其中柠檬酸三钠、醋酸钠、聚乙二醇（20000）配比为：（140-160mg）:（1.6-2.0g）:（0.8-1.2g）；（7）将步骤（6）所得混合溶液转移至水热反应釜中，在180-220℃下加热10-12小时；（8）将步骤（7）中高压反应釜冷却至室温，用磁铁分离出产物，并用去离子水和无水乙醇洗涤以除去多余的原料杂质，45-50℃下真空干燥，得到磁性石墨烯材料，记为magG；（9）将步骤（8）中磁性分离出的20-40mg磁性石墨烯，加入1,3,5-三甲基苯和1,4-二氧六环的溶液中，超声分散0.5-1.0小时；（10）超声搅拌中，将1,4-苯二硼酸和2,3,6,7,10,11-六羟基三苯加入到步骤（9）溶液中，超声分散3-4小时；（11）通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：高明霞，王嘉希，张祥民，李杰，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海,31